Utvärdering av mätsystem för tillståndsbaserat underhåll på järnväg

Utvärdering av mätsystem för tillståndsbaserat underhåll på järnväg Tillståndsövervakning av rälsgående fordon genom analys av korrelationen mellan identifierade rälkrafter och hjulskador Jakob Johansson & Andreas Vallon Högskoleingenjör, Underhållsteknik 2018 Luleå tekniska universitet Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser

Förord: Studien genomfördes under perioden 2018-03-26 till och med 2018-06-01 och är ett examensarbete som ger vardera elev 15 högskolepoäng och utgör det examinerande momentet vid Luleås Tekniska Universitet i underhållsteknik. Arbetet har gjorts för Damill AB tillsammans med aktörerna LKAB och SJ. Vi skulle vilja rikta ett stort tack till Dan Larsson som varit extern handledare och grundpelaren i detta arbete. Han har varit en exceptionell extern handledare som bidragit med alla kontakter, aktörers samarbeten, data, verktyg och en gedigen kompetens. Tack! Vi vill även tacka alla aktörer som ställt upp med resurser för att möjliggöra arbetet, utan besök för inspektion av lok och vagnar på bangård och i verkstad hade inte arbetet varit möjligt. Vi vill också rikta ett stort tack till alla hjälpsamma chefer och driftpersonal som varit mycket vänligt bemötande och trevliga, samt Johan Odelius som har varit våran handledare på Luleås tekniska universitet. Slutligen vill vi rikta ett stort tack till samtliga familjemedlemmar för deras förståelse och stöd under detta arbete. Tack! Luleå, Maj 2018 Jakob Johansson Andreas Vallon i

Innehåll Abstract:... xi 1 Inledning... 1 1.1 BAKGRUND... 2 1.1.1 Företagsbeskrivning, Damill AB... 3 1.1.2 Företagsbeskrivning, LKAB... 3 1.1.3 Företagsbeskrivning, SJ... 3 1.1.4 StratoForce mätsystem... 3 1.2 SYFTE OCH MÅL... 8 1.3 AVGRÄNSNINGAR... 8 1.4 Innehåll och upplägg... 9 2 Teori... 10 2.1 UNDERHÅLLSTEKNIK... 10 2.1.1 Tillståndsbaserat underhåll... 11 2.1.2 Driftsäkerhet... 14 2.2 Samverkan fordon bana... 15 2.2.1 Hjulskador... 20 2.2.2 Övervakningssystem... 22 2.2.3 Boggi... 24 2.2.4 RFID... 27 2.2.5 Hur påverkar klimatet slitaget i spåret... 30 3 Metod... 31 3.1 Extern kommunikation, frågeformulär och intervjuer... 34 Intervjuer och telefonsamtal samt e-postkonversationer använts i syfte att öka kvaliteten på information i rapporten. Nedan presenteras de kommunikationssätt som använts samt vilka företag och personer som bidragit med information.... 34 Under arbetets gång har återkommande dialog hållits med kontaktpersoner hos medverkande aktörer. Dessa har bidragit med information angående specifika fordonsindivider, arbetsmetoder, tekniska detaljer samt inplanering av okulärbesiktningar med mera. Information i rapporten som återgivits från denna typ av kommunikation är i rapporten refererad enligt följande uttryck (förnamn efternamn (personlig kommunikation, datum år)). De företag och personer som bidragit till denna kommunikation har varit:... 34 Anders Engström, fordonsplanerare SJ... 34 Robert Pallari, underhållsingenjör fordon LKAB... 34 Dan Larson, VD Damill AB... 34 Magnus Söderberg, fordonsingenjör Bombardier... 34 ii

Utöver kontinuerliga dialoger har information från spontan kommunikation med verkstadspersonal från LKAB använts i rapporten. Detta skedde vid besök på LKAB:s bangård i Vitåfors i samband med okulärbesiktning av vagnar 2018-05-16. Resultatet från denna kommunikation kan läsas i kapitel 4.3.3 höga laterala krafter.... 34 I tillägg till ovanstående kommunikation har också mer strukturerade frågeställningar använts för att reda ut frågor som uppstått under arbetets gång. De företag som har deltagit med denna typ svar är företagen Bombardier samt SJ i Luleå och LKAB i Kiruna. Bombardier och LKAB fick var sitt frågeformulär som de fick besvara med öppna svar. SJ intervjuades med en semistrukturerad intervju i Luleå. Resultatet från dessa presenteras i kapitel 4, detaljerade frågeställningar och svar hittas i bilaga 1, 2 & 3.... 34 3.2 Intern kommunikation & rapportering... 34 4 Resultat... 36 4.1.1 Resultat från intervjuer... 38 4.1.1.1 Teknisk information... 38 4.1.1.2 Övrig information... 38 4.2 SJ vagnar... 39 4.2.1 Vagnar som identifierats med skador av SJ... 39 4.2.2 Vagnar som identifierats på grund av avvikande kraftutslag i StratoForce... 46 4.3 LKAB... 62 5 Diskussion... 76 5.1 Påverkan av klimat och konstruktion... 76 5.2 Mätstationens placering... 76 5.3 Mätvärden... 77 5.4 RFID-taggen / Identifiering av vagnar... 78 5.6 Okulär inspektion... 79 5.7 Mätsystemet StratoForce... 79 5.8 kommunikation med aktörer... 80 5.9 Identifiering av avvikande vagnar och axlar... 80 5.9.1 Vibrationsfördelning/missad hjulskada... 81 5.9.2 Identifiering... 81 5.9.3 Gångdynamik... 81 5.9.4 Omgivande miljö och klimatfaktorer... 82 5.9.5 Besiktning av hjul och axlar... 82 5.9.6 Hastighetens betydelse... 82 5.10 Korrelation mellan hjulskador och uppmätta krafter... 83 5.11 Rangordning av utslag mot defekternas storlek... 84 6 Slutsatser... 85 7 Fortsatt arbete... 86 iii

8. Referenser... 87 Bilaga 1... 91 Bilaga 2... 93 Bilaga 3... 95 Bilaga 4... 97 Figurförteckning Figur 1. schematisk beskrivning av mätstationens utformning (Damill AB, 2017)... 4 Figur 2. schematisk bild som illustrerar mätstationens placering i Sävast, samt givarnas placering i kurvan... 5 Figur 3. visar två av StratoForce RFID mottagare som ägs utav JVTC, placerade på höger respektive vänster sida av spåret som vid tillfället skyms av snö... 5 Figur 4. Fotografi föreställande LKABS RFID läsare som läser den gamla typen av batteridrivna RFID-givare, denna är placerad på höger sida av spåret... 5 Figur 5. schematisk bild som visar hur vagnarnas axlar numreras i förhållande till A och B ända... 7 Figur 6. Schematisk bild som föreställer gruppering av olika underhållstyper, ur SS-EN 13 306:2010 (Sv) (Swedish Standards Institute, 2010, s. 21.)... 11 Figur 7. Beskrivning av nyckeltal för driftsäkerhet samt ingående driftsäkerhetsfaktorer, skapad utifrån information ur Johansson bok (1997)... 14 Figur 8. träddiagram som visar ingående driftsäkerhetsfaktorer och dess undergrupper, baserad på Johansson (1997)... 15 Figur 9. Schematisk bild av en så kallad sinusgång. Detta sker oftast i rakspår och uppstår på grund av instabilitetsproblem, det kan bero på att fria hjulpar är för svagt infästa (kth, 2007)... 16 Figur 10. Schematisk bild som visar ett exempel på tvåpunktskontakt, kontaktpunkter som kan uppstå vid kurvtagning då hjulets fläns kan komma i kontakt med rälen... 17 Figur 11. Schematisk bild på normalprofilen hos ett lokhjul, enligt (SkLJF 201 1998:2)... 18 Figur 12. Schematisk bild som beskriver betydelsen av hjulprofilens koniska form vid kurvtagning, exemplet är egen produktion... 18 Figur 13. Schematisk bild föreställande koniska profiler: Exemplet visar här att den resulterande kraften till största delen verkar i Z-riktning eller vertikal riktning, krafterna i den laterala riktningen Y är förhållandevis liten jämfört med den vertikala kraften Z (Iwnicki, 2006, s.108)... 19 Figur 14. Schematisk bild föreställande konkava profiler (hollow wear) och progressiv centrering: Den vänstra kontakten har i likhet med figur 13 (ovan) en liten lateral kraftpåkänning medans den högra uppvisar en tydlig ökning av laterala krafter i Y-led (Iwnic ki, 2006, s.108)... 19 Figur 15. Schematisk bild föreställande koniska profiler med flänskontakt: I figuren syns tydligt hur stor påverkan flänskontakt har för uppkomsten av laterala krafter, i det här fallet överstiger den tydligt den vertikala lasten (Iwnicki, 2006, s.109)... 19 Figur 16 Bild föreställande olika typer av vanligt förekommande hjulskador (Trafikverket, u.å., b)... 20 iv

Figur 17. Illustrationen beskriver skillnaden för slag mot rälen vid hög respektive låg hastighet (Trafikverket, u.å., b)... 21 Figur 18. Bildexempel som visar förekomst av diagonal sprickbildning i hjul (a), samt sprickbildning och avflagning på räls i (b) (Huang, et al., 2017)... 22 Figur 19. Bilden föreställer en hjulskadedetektor av typen SCHENCK (Trafikverket, u.å., b)23 Figur 20. Schematisk bild som beskriver boggins funktion hos en järnvägsvagn (SKF, 2012)... 24 Figur 21. Schematisk bild av en standard 3-piece boggi (Railway Technical, 2018)... 25 Figur 22. Schematisk bild beskrivande boggins upphängning (Railway Technical, 2018)... 26 Figur 23. Schematisk bild av SJ personvagnsboggi modell 84S, (ASEA) (CMJS, 2004)... 27 Figur 24. Bilden beskriver flödet av data från RFID-tagg via läsare till databas (Roberts, 2006)... 27 Figur 25. Bild föreställande SJ:s RFID tagg på vagn 5405... 28 Figur 26. Bilden beskriver informationsutbytet med hjälp av RFID på järnvägen (trafikverket, 2016)... 29 Figur 27. Bilden föreställer pågående mätning med det optiska mätverktyget calipri av SJvagn 5405... 32 Figur 28. Bilden föreställer pågående mätning av omkrets på axel 4 från SJ-vagn 5188... 33 Figur 29. Linjediagrammet visar peakvärden för vertikala vibrationerna hos respektive axel i vagn 5202, för passager mellan perioderna 2018-01-05 till 2018-02-04... 39 Figur 30. Linjediagrammet visar peakvärden för laterala vibrationerna hos respektive axel i vagn 5202, för passager mellan perioderna 2018-01-25 till 2018-02-04... 40 Figur 31. Linjediagrammet visar skillnaderna för vertikala vibrationer i kn för respektive axel i vagn 5612 vid passage till Luleå 2018-04-06... 41 Figur 32. i grafen visas tydligt de höga dynamiska värden för axel i tåg nr 6 under passagen som skedde 2018-04-06... 41 Figur 33Inverterad rundhetsplott av höger hjul i axel 2, vagn 5612. Notera att plotten är spegelvänd, utbuktande områden är således gropar eller inbuktningar i hjulets profil... 42 Figur 34. Bilden föreställer axel 2 höger hjul. Krosskadans storlek gör så att hjulet påverkar spåret på samma sätt som en hjulplatta... 43 Figur 35. Bilden visar tydligt storleken på skadan hos höger hjul i axel två, vagn 5612... 43 Figur 36. Linjediagram som beskriver peakvärden för vertikala vibrationer för axlar i vagn 5612 vid de sex passagerna under testet som genomfördes 2018-04-26... 44 Figur 37. Linjediagram som beskriver dynamiska krafter för axlar i vagn 5612 vid de sex passagerna under testet som genomfördes 2018-04-26... 44 Figur 38. Linjediagram som beskriver peakvärden för laterala vibrationer för axlar i vagn 5612 vid de sex passagerna under testet som genomfördes 2018-04-26... 45 Figur 39. Linjediagram som beskriver vertikala krafter för samtliga givare på höger respektive vänster sida för alla axlar i vagn 5626 vid passage 2018-04-05... 45 Figur 40. Linjediagram som beskriver totala dynamiska krafter för alla axlar i vagn 5626 vid passage 2018-04-05... 46 Figur 41. Linjediagrammet visar laterala peakvärden för granskade passager från och med 2017-11-02 till och med 2018-04-09 för vagn 5405. Notera förändringen vid passage 20 då axelbytet genomfördes... 47 Figur 42. Linjediagrammet visar AoA peakvärden för granskade passager från och med 2017-11-02 till och med 2018-04-09 för vagn 5405. Här syns en tydlig minskning vid passage 20 då axlarna bytts ut... 47 v

Figur 43. Utdrag ur PDF från MG Calipri föreställande profilmått på axel 1 höger hjul i vagn 5405. Bilden är hämtad från bilaga 4 i syfte att förtydliga utvalsningens position på hjulet, samtliga mått är angivna i millimeter och förkortningen RO står för utvalsning, W för hjulbredd, Fw för flänsbredd, Fh för flänshöjd, HT anger slitagedjupet på löpbanan och qr ger indikation på flänsens lutning... 48 Figur 44. Bilden föreställer höger hjulaxel 3 i vagn 5405, tydliga ytskador på nära flänsen samt inledande diagonal sprickbildning högst upp mot fältsidan... 48 Figur 45. Bilden visar vagn 5405 axel 4 höger sida, här syns små ytskador samt utvalsning och slitage nära fältsidan på hjulet.... 49 Figur 46. Bilden visar kontakten mellan höger hjul i axel 4 och rälen för vagn 5405, antydan till tvåpunktskontakt ger indikation på hollow wear... 49 Figur 47. Bild från höger hjulaxel 2 som ligger helt an mot rälen... 50 Figur 48. Visar vagn 5203 vertikala vibrationer för alla dess passager på båda sidorna av rälen mellan 2018-04-01 och 2018-04-13... 51 Figur 49. Visar vagn 5203 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på alla axlarna på vagnen mellan 2018-03-25 och 2018-04-05... 51 Figur 50. Visar vagn 5203 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på alla axlarna på vagnen mellan 2018-04-01 och 2018-04-13... 52 Figur 51. Linjediagrammet föreställer mätvärden för vertikala vibrationer från respektive givare för alla axlar i vagn 5209, analyserade mätvärden kommer från vagnens samtliga passager mellan 2018-03-25 till 2018-04-12... 53 Figur 52. Linjediagrammet visar peakvärden från vertikala vibrationer uppmätta för respektive axel i vagn 5209, mätningar kommer från vagnens passager mellan 25/3-2018 till 12/4-2018. De låga vibrationsnivåerna vid passage sju beror på att vagnen färdades i låg. 53 Figur 53. Bilden visar initial sprickbildning på hjulets yta, tillhörande axel 1 på vagn 5209.. 54 Figur 54. Bilden visar mindre krosskada och sprickbildning på hjulytan hos axel 4 i vagn 5209 under inspektionen som utfördes 2018-04-20... 54 Figur 55. Bilden föreställer skador på höger hjulaxel 3 hos vagn 5209, den större kratern till höger om tumstocken är ca 6 mm i diameter... 55 Figur 56. Visar vagn 5202 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på båda sidorna av rälen mellan 2018-04-01 till 2018-04-11... 55 Figur 57. Visar vagn 5202 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på alla axlarna på vagnen mellan 2018-04-01 till 2018-04-11... 56 Figur 58. Bilden föreställer skador på vänster hjulaxel 3 hos vagn 5202, skadorna ligger ganska mitt på hjulets löpyta... 56 Figur 59. Bilden föreställer ytterligare skador på vänster hjulaxel 3 hos vagn 5202... 57 Figur 60. Bilden föreställer ytlig sprickbildning och initial avflagning identifierad vid inspektion 2018-04-20, hjulet på bild sitter på höger sida axel 2 i vagn 5202... 57 Figur 61. Linjediagram föreställande vertikala dynamiska axelkrafter för SJ-vagn 5188 för alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-17... 58 Figur 62. Linjediagram föreställande peak AoA för SJ-vagn 5188 för alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-16... 59 Figur 63. Linjediagrammet föreställer mätningar av dynamiska krafter för samtliga axlar på höger respektive vänster sida i vagn 5188, för alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-17... 59 Figur 64. linjediagrammet föreställer peakvärden för laterala vibrationer i axel 4 vagn 5188, notera ökningen efter passage 6 då axeln är ny bytt... 60 Figur 65. Bilden visar tydligt hollow wear för båda hjulen i axel 4 vagn 5188... 60 vi

Figur 66. Bilden visar tydlig sprickbildning, mindre krosskador och tendens till hjulplatta för ett av hjulen i axel 4 hos vagn 5188, observera hjulplattans placering nära fläns... 61 Figur 67. Bilden visar några av de mätningar som gjordes på axel 4 till vagn 5188, lika mätningar genomfördes på båda hjulen... 61 Figur 68. Linjediagram föreställande vertikala vibrationer för LKAB:s vagn MT_5021 för alla dess passager mellan 2018-03-25 och 2018-05-10. Topparna förställer lastade vagnar och bottnarna olastade... 62 Figur 69. Linjediagram föreställande peakvärden för uppmätta vertikala vibrationer hos LKAB:s vagn MT_5122 vid alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-26. Topparna förställer lastade vagnar och bottnarna olastade... 63 Figur 70. Bild föreställande höger hjul i axel 4 LKAB vagn 5122, krosskador och sprickbildning är tydligt utvecklat.... 64 Figur 71. Bild föreställande vänster hjul i axel 4 LKAB vagn 5122, början till krosskador och initial horisontal sprickbildning identifierades.... 65 Figur 72. Linjediagram föreställande uppmätta vertikala dynamiska krafter för samtliga passager med last för vagn MT_5030 från och med 2018-03-25 till och med 2018-04-26... 66 Figur 73. Linjediagram föreställande vertikala dynamiska krafter för samtliga passager med last för LKAB vagn 5022 mellan 2018-03-25 och 2018-04-26. Axel 3 men framför allt axel 1 visar en tydlig trend för ökande dynamiska krafter, medans axel 2 och 4 visar en a... 67 Figur 74. Linjediagram föreställande peakvärden för laterala krafter på respektive axel för samtliga passager för LKAB vagn 5003 mellan 2018-03-25 och 2018-04-26... 68 Figur 75. Linjediagram föreställande peakvärden för laterala krafter för respektive axel vid samtliga passager för LKAB vagn 5100 mellan 2018-03-25 och 2018-04-26... 69 Figur 76. Linjediagram föreställande uppmätta avvikelser i AoA (mrad) för samtliga passager för LKABs vagn 5054 mellan 2018-03-16 och 2018-04-06... 70 Figur 77. Linjediagram föreställande laterala vibrationer i vagn MT_5054 uppmätta mellan 2018-03-25 och 2018-04-05.... 70 Figur 78. Diagrammet visar peakvärden för laterala krafter för vagn 5054 vid passager mellan 2018-03-16 och 2018-04-05... 71 Figur 79. Utdrag ur e365-analytics från LKAB vilken visar avvikelser och larm för vagn 5054... 71 Figur 80. Utdrag ur e365-analytics som visar profilmått på hjulen i respektive axel för vagn MT_5054... 72 Figur 81. Bild föreställande hjul från vagn 5054 med tydlig hollow wear och tendens till dubbelfläns... 72 Figur 82. Bild föreställande annat hjul än det i figur xx från vagn 5054 som också visar tydlig hollow wear och tendens till dubbelfläns... 73 Figur 83. Bild föreställande sidoprofil av hjul i vagn 5054 med hollow wear... 73 Figur 84. Linjediagrammet visar peakvärden för laterala krafter hos respektive axel i vagn MT_5024 för samtliga passager mellan 2018-03-25 och 2018-05-04... 74 Figur 85. Bilden föreställer mätning av misstänkt hög flänshöjd på höger hjul i axel 2 LKABvagn 5024, här syns också flänsbredd och QR-mått... 75 Figur 86. Bilden visar höger hjul i axel 2 LKAB vagn 5024, här syns tydligt hjulets väl utvecklade hollow wear.... 75 Figur 87. Schematisk bild föreställande plottad profil på höger hjul i axel 1 för SJ-vagn 5405... 97 Figur 88. Schematisk bild föreställande plottad profil på höger hjul i axel 2 för SJ-vagn 5405... 98 vii

Figur 89. Schematisk bild föreställande plottad profil på höger hjul i axel 3 för SJ-vagn 5405... 98 Figur 90. Schematisk bild föreställande plottad profil på höger hjul i axel 4 för SJ-vagn 5405... 99 Figur 91. Schematisk bild föreställande plottad profil på vänster hjul i axel 1 för SJ-vagn 5405... 99 Figur 92. Schematisk bild föreställande plottad profil på vänster hjul i axel 2 för SJ-vagn 5405... 100 Figur 93. Schematisk bild föreställande plottad profil på vänster hjul i axel 3 för SJ-vagn 5405... 100 Figur 94. Schematisk bild föreställande plottad profil på vänster hjul i axel 4 för SJ-vagn 5405... 101 Tabellförteckning Tabell 1. Mätvärden för SJ Vagnar baserat på 960 axelpassager mellan den 25:e mars och 12:e april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad... 36 Tabell 2. Mätvärden för SJ lok baserat på 300 axelpassager mellan den 25:e mars och 12:e april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad... 37 Tabell 3. Mätvärden för LKAB Lok baserat på 23968 axelpassager mellan den 25:e mars och 13:e april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad... 37 Tabell 4. Mätvärden för LKAB vagnar baserat på 11688 axelpassager mellan 25:emars och 13 april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad... 38 Tabell 5. Mätvärden tagna under inspektion 2018-04-09... 42 Tabell 6. uttagen från mätstationen i Sävast för höga vertikala krafter på LKAB vagnar 2018-04-15. Det som är relevant i tabellen är VFrcDn som står för vertikala dynamiska krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel... 66 Tabell 7. Topplista för de 20 högst uppmätta vertikala dynamiska krafterna uttagen från mätstationen i Sävast för LKABs vagnar 2018-04-26, observera att listade värden är summorna av uppmätta värden på höger respektive vänster sida. Det som är relevant i tabellen är VFrcDn som står för vertikala dynamiska krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel... 67 Tabell 8. Topplista för de 20 högst uppmätta laterala krafterna uttagen från mätstationen i Sävast för LKABs vagnar 2018-04-26. Det som är relevant i tabellen är LFrc som står för laterala krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel... 68 viii

Tabell 9. Topplista för de 20 högst uppmätta vertikala laterala krafterna uttagen från mätstationen i Sävast för LKABs vagnar 2018-05-04. Det som är relevant i tabellen är LFrc som står för laterala krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel... 74 ix

Sammanfattning Företagen LKAB och SJ är statligt ägda aktiebolag som har målsättningen att bedriva en säker och lönsam verksamhet. Båda företagens verksamheter är starkt förknippade med tågtransporter av olika slag, där LKAB transporterar malm mellan gruvorna i malmfälten och deras malmhamnar på kusten, och SJ som bedriver persontrafik med cirka 1200 dagliga avgångar från deras 284 olika stationer. En av de viktigaste förutsättningarna för bolagens existens är förmågan att utöva järnvägstransporter med rälsgående fordon på ett lönsamt och effektivt sätt. För att uppnå detta krävs ett driftsäkert och tillförlitligt järnvägssystem, vilket är starkt förknippat med förmågan att underhålla rullande material. Syftet med studien var att undersöka möjligheterna att förbättra det förebyggande underhållet av rälsgående fordon och på så sätt bidra till minskade underhållskostnader och ökad livslängd på hjul, axlar och räls. Målet var att undersöka ifall mätning av laterala och vertikala krafter kunde användas för att identifiera skador och slitage hos hjul i ett tidigt skede, på så vis ges möjlighet att övergå till att optimera det tillståndsbaserat underhåll. Metoden för arbetet gick ut på att identifiera individer i form av vagnar eller lok från de båda aktörerna som visade avvikande mätvärden vid passage genom mätsystemet StratoForce i Sävast. Uppmätta krafter från aktuella passager analyserades grafiskt för att ge en överskådlig bild av fordonens försämring över tid. Beroende på vilka krafter som var avvikande kunde ett antagande om hjulens slitage eller eventuell skadetyp göras. Det fortsatta arbetet gick ut på att göra en okulär avsyning av individen för att om möjligt hitta korrelationer mellan uppmätta krafter och fysiska skador eller slitage på hjulen. Vid enstaka tillfällen användes även optiska och mekaniska mätverktyg vid avsyning. Behovet av mätsystem för tillståndsövervakning är stort, detta är något samtliga parter är överens om. Resultatet av utvärderingen visar att det finns korrelationer mellan analyserade krafter och skicket på avsynade hjul, exempelvis hade höga vertikala vibrationer en tydlig koppling till ytskador. Vår bedömning är att mätsystemet i kombination med kvalitativ analys redan i dag kan användas för tillståndsövervakning av rullande material på järnvägen. Begränsningarna ligger i att knyta krafternas storlek till skadornas omfattning, något som till största delen beror på brister i mätutrustningens placering. x

Abstract: LKAB and SJ are state-owned companies that have the objective of pursuing a safe and profitable business. Both businesses are strongly associated with train operations of various kinds, where LKAB transports iron ore between the mines in the ore fields and their ore ports on the coast. SJ is a company who operates passenger traffic with approximately 1200 daily departures from some of their 284 different stations. One of the most important prerequisites for the company's existence is the ability to practice rail transport with rail going vehicles in a profitable and efficient manner. To achieve this, a safe and reliable railway system is required, this is strongly associated with the ability to maintain rolling material. The purpose of the study was to investigate the possibilities of improving the preventive maintenance of rail vehicles, thus contributing to reduced maintenance costs and increased service life of wheels, axles and rail. The aim was to investigate whether measurement of lateral and vertical forces could be used to identify damages and wear of wheels at an early stage, thus allowing the condition based maintenance to be optimized. The method of the study was to identify individuals in form of wagons or locomotives from the two companies, this individuals showed deviating measurement values when passing through the StratoForce measuring system in Sävast. Measured forces from recent passages were analyzed graphically to provide a clear picture of the vehicle's deterioration over time. Depending on the deviating forces, an assumption of the wear and damage type on the wheels could be made. The next step was to make an ocular inspection of the individuals to ascertain possible correlations between measured forces and physical damage or wear on the wheels. On occasions, optical and mechanical measuring tools were used on some of the inspected wheelsets. The need for a reliable condition monitoring system is high, this is something that all parties can agree on. The result of the evaluation shows that there are correlations between analyzed forces and the condition on inspected wheels, for example, high vertical vibration had a clear connection to surface damage on the wheel thread. Our assessment is that, the measuring system can be used for condition based monitoring of rolling stock, but at present there is a need to combine the measurement data with a qualitative analysis for this to work. At present, the system's biggest limitation is the physical location, which makes it impossible to measure the entire wheel's surface and the full extent of the damage. xi

1 Inledning Kostnaderna för underhåll av hjul på rälsgående fordon är allmänt höga i dagsläget. Det mesta av det förebyggande underhållet sker idag med fasta intervall som baseras på antal trafikerade kilometrar. Båda de stora aktörerna SJ och LKAB är överens om att det finns utvecklingsmöjligheter i dagens underhållsstrategi och att behovet av tillståndsövervakning är stort. För att optimera dagens förebyggande underhåll på järnvägen är satsningar på den tillståndsbaserade övervakningen ett steg i rätt riktning. Möjligheterna att planera underhållet är starkt förknippat med förmågan att upptäcka skador och slitage i ett tidigt skede, vilket på sikt underlättar svarvning och minimerar materialåtgång. Den stora vinsten av att minimera antalet fullt utvecklade skador är att oplanerade stopp på grund av larm minskar både stilleståndstider och total merförsening för hela järnvägssystemet. Utöver detta minskar slitaget på rälen vilket i förlängningen ökar funktionssäkerheten och minskar underhållskostnader på den rullande utrustningen. I dag kostar en hjulskada runt 100 000 kronor och kanske mer beroende på hur skadan påverkat rälen under sin färd. Mätsystemet StratoForce förmåga att identifiera skador och slitage på hjul och axlar hos rälsgående fordon kan leda till både ökad säkerheten och minskade underhållskostnader. Detta omfattande arbete har genomförts av två flitiga studenter som delat på arbetsuppgifterna 50/50. Båda ansera att arbetsbördan varit jämnt fördelad och att ansvarsfördelningen har sett ut som följande: Teori Jakob 2.2.2 Hjulskador 2.2.4.1 Boggi för godsvagnar 2.2.5 RFID 2.2.5 Hur påverkar klimatet slitaget i spåret 3. Metod gällande framtagningen av LKAB-vagnarnas mätvärden Andreas 2.2 Samverkan fordon bana 2.2.3 Övervakningssystem 2.2.4.2 Boogie för passagerare 2.2.5.1 European Vehicle Number 2.2.5.2 Aktörernas märkning 3. Metod gällande framtagningen av SJvagnarnas mätvärden Resultat & Diskussion SJ: Vagn: 5203, 5202 LKAB: Vagn: MT_5122, MT_5030, MT_5003, MT_5054 SJ: Vagn: 5405, 5209 LKAB: Vagn: MT_5021, MT_5022, MT_5100, MT_5024 1

Kapitel där arbetet har utförts tillsammans 1. Inledning 1.1 Bakgrund (samtliga kapitel) 2.1 Underhållsteknik (samtliga kapitel) 2.2.1 Teknisk information 2.2.4 Boggi 3. Metod, framtagning av arbetssättet (samtliga kapitel) 4. Resultat Vagn: 5226, 5592, 5612, 5626, 5188 5. Diskussion Vagn: 5226, 5592, 5612, 5626, 5188 6. Slutsatser 7. Fortsatt arbete 8. Referenser Utöver dess enskilda uppgifter har båda studenterna granskat hela rapporten som helhet och fått ge sitt godkännande om att publicera materialet med sin underskrift. 1.1 BAKGRUND Global konkurrens har lett till ett större fokus på ett mer ansvarsfullt användande av resurser och en mer effektiv och hållbar produktion. Underhåll är en bidragande faktor för att nå målet om en hållbar utveckling i samhället, detta inkluderar aspekter som miljö- och energibesparing, samt säkerhet och ekonomi. Funktionssäkerheten hos maskiner och utrustning är avgörande faktorer för konkurrenskraft, särskilt i applikationer där säkerhet och tillgänglighet är viktiga (Starr et al., 2010). Det europeiska järnvägsnätet utsätts för allt högre belastning, tåg kör i högre hastigheter och transporterar fler passagerare med högre axellast än någonsin tidigare. Kombinationen av dessa faktorer lägger stort tryck på befintlig infrastruktur och leder till ökade krav på inspektion och underhåll av samtliga järnvägstillgångar (Papaelias & Nicholson, 2013). Rullande materiel hör till de mest underhållsintensiva delarna av ett järnvägssystem vilket innebär att de är extra känsliga för försummat underhåll (The Railway Technical Website, 2018). Haverier och fel påverkar inte bara individen i fråga, det bidrar till ökade säkerhetsrisker samt förseningar för all annan spårbunden trafik. På grund av detta är underhållet av det rullande materialet nyckeln till ett framgångsrikt och tillförlitligt järnvägssystem. Livslängden på hjul hos rälsgående fordon påverkas till stor del av skador och slitage vilka i sin tur leder till orimliga kostnader och accelererad försämringstakt (Palo, Lin, & Larsson-Kråika, 2013). Cirka 40% av underhållskostnaderna för vagnar hos LKAB är kopplade till underhåll av hjul påstår Robert Pallari (se intervjufrågor i bilaga 2). Implementering av underhållstekniska lösningar ökar förmågan att identifiera- eller förebygga skador och slitage i ett tidigt skede, vilket på sikt inte bara förbättrar underhållet utan leder till ökad driftsäkerhet, lönsamhet och säkerhet (Ben-Daya, Kumar & Murthy, 2016). 2

1.1.1 Företagsbeskrivning, Damill AB Företaget Damill AB som har sitt huvudkontor placerat i Luleå bildades av Dan Mikael Larsson (VD) 1999 (Ratsit, 2018). Företaget har i dagsläget 7 stycken anställda inklusive Vd:n Dan som besitter en bred allmän kunskap om industriella mätmetoder, instrument och analysverktyg (Damill AB, 2018). Det är ett ingenjörsföretag som arbetar med mätning och analys av allehanda parametrar i olika maskiner i industriella miljöer. Bland kunskaperna finns även ett kunnande av utvecklingsverktyg för bildbehandling som har sina användningsområden såväl inom underhåll som produktion. Damill AB anlitas för att göra mättekniska lösningar eller övervakningsfunktioner som ska fungera i en industriell eller järnvägsteknisk miljö. De utvecklar och bygger anpassade mätsystem efter kundens krav inom både industri och laboratorium. Företaget hjälper även till med att göra tekniska utredningar där mätning eller mätdata ingår. De utför analyser av mekaniska konstruktioners belastning och hållfasthet, eller kan förbättra styrtekniska systems precision och följsamhet. 1.1.2 Företagsbeskrivning, LKAB LKAB (Luossavaara-Kiirunavara Aktiebolag) är en gruvdriftskoncern som grundades 1890 och som är ägd av svenska staten. Aktiebolagets huvudsakliga arbete är att bryta och förädla järnmalmsprodukter (LKAB, u.å.). 2017 producerade LKAB 27,2 miljoner ton järnmalmsprodukter som motsvara runt 78 procent av järnmalmen inom Europa, detta gör dem till den överlägset största järnmalmsproducenten i Europa. Företaget driver i Kiruna världens största underjordsgruva som är 80 meter bred, 4 kilometer lång och minst 2000 meter djup. I Malmberget sker brytning av järnmalmsprodukter men även hematit spridd över ett 20-tal malmkroppar. I Svappavaara sker också förädling och brytning av järnmalmsprodukter men där sker verksamheten i dagbrottsgruvor. Den grovbrutna malmen transporteras vidare till deras krossanläggningar där de förädlar järnmalmen till fines- och pelletsprodukter. Denna pelleterade järnmalm transporteras sedan med tåg till olika malmhamnar och smältverk spridda runt om i världen, exempel på två av dessa destinationer är malmhamnen och företaget SSAB i Luleå. 1.1.3 Företagsbeskrivning, SJ SJ (Statens Järnvägar) är ett svenskt aktiebolag som ägs av staten och erbjuder en mängd tågtransporter från någon av deras 284 stationer med totalt 1200 avgångar dagligen (SJ, 2018). Deras uppdrag är att driva en lönsam och säker persontrafik på järnväg. Verksamheten startades i december 1856 och sträcker sig idag från Köpenhamn i söder till Narvik i norr, i öst-västlig riktning från Stockholm i öst till Oslo i väst. Kundservice, kostnad och komfort är högt prioriterat för att kunna konkurrera mot de andra transportsätten som flyg, bil och båt. För att klara detta krävs att tågen hålls i gott skick och ständigt utrustas med den modernaste tekniken, detta är nödvändigt då den ökande hastigheten ställer högre krav på utrustningens förmåga att dämpa vibrationer från räls och hjul samt garantera säker kurvtagning. 1.1.4 StratoForce mätsystem Mätsystemet StratoForce (Strain to Force) är framtaget i syfte att mäta vikter och kondition på järnvägsfordon, enligt Dan Larsson (personlig kommunikation, 10 April 2018). Systemet mäter 3

olika spårkrafter som uppstår mellan hjul och räl hos passerande fordon. I Sävast har man totalt 6 stycken optiska givare som mäter krafter för hjulpassage och attackvinklar, dessa är jämnt fördelade på vardera räl med ett avstånd på 1,2 meter centrum till centrum, se figur 1-4. Krafterna mäts genom töjningsgivare på båda sidan av rälen i vertikala, longitudinella samt laterala krafter (via töjning) där mean, peak och dynamiska värden för fordonens axellaster registreras. Dessa mätningar sker på samtliga hjul i alla fordon, vertikala laster kan utöver skador på hjul även ge indikationer på fel i upphängning (Damill AB, 2017). Det sistnämnda kan orsaka snedlaster vilket ökar slitaget på banan eller i värsta fall kan leda till urspårning. Mätningen av laterala krafter (sidokrafter) kan i kombination med mätstationens placering i en snäv kurva möjliggöra mätning av axlarnas styrförmåga AoA (Angle of attack). Det som mäts är axelns avvikelse i milliradianer från det vinkelräta läget i förhållande till höger och vänster räl. Utöver tidigare nämnda krafter mäts även vertikala och laterala transienter, dessa registrerar vibrationer i rälen som kan indikera skador på hjul och eventuellt lagerskador. Systemet fungerar såväl sommar- som vintertid, mätsensorerna är skyddade med stålkåpor och de klarar både snöröjning och spårriktning. Figur 1. schematisk beskrivning av mätstationens utformning (Damill AB, 2017) 4

Figur 2. schematisk bild som illustrerar mätstationens placering i Sävast, samt givarnas placering i kurvan Figur 3. visar två av StratoForce RFID mottagare som ägs utav JVTC, placerade på höger respektive vänster sida av spåret som vid tillfället skyms av snö Figur 4. Fotografi föreställande LKABS RFID läsare som läser den gamla typen av batteridrivna RFIDgivare, denna är placerad på höger sida av spåret 5

Följande information registreras för varje axel i samtliga fordon vid tågpassager. ID: Identitet nummer, ges för respektive vagn och lok enskilt med RFID tagg och/eller skrift på fordon VTy: Vehicle type, vilken typ av fordon det är. T.ex.: Long4Axles31 TD: Travel direction, den är 0 ifall tåget kör i fallande riktining (minskande spårmeter) Man mäter från stockholm, kör man från stockholm så blir det ökande spårmeter (dvs 1). Kör man mot stockholm blir det minskande spårmeter (dvs 0) FE: Frontend, visar vilken del på loket som är fram eller bak på tåget, dvs A eller B. Se figur 5 Spd: Hastigheten axlarna har förbi respektive 3 sensorer VFrc: Vertical force: Lodräta krafter respektive hjul har för respektive sensor. Mäts på båda sidorna om rälen LFrc= Lateral force: Sidokrafter, om positivt så är det dragspänning. Mäts på båda sidorna av rälen på samtliga sensorer AOA: Angel of Attack, beskriver hur mycket avvikelse axeln har till den räta vinkeln i förhållande till rälsen för respektive 3 sensorerna VTrns = Vertical transients = Vertikala vibrationskrafter (uppifrån och ner). Mäts på båda sidorna på samtliga sensorer LT= Lateral Transient = Vibrationesmätning från sidan. Mäts på båda sidorna på samtliga sensorer DT: Direct time: Löpande tid från tågets början + 4 sekunder. Mäts på båda sidorna av rälen på samtliga sensorer Ait: Axel in train, visar axlarnas numrerade ordning för respektive axel i hela tåget Aiv=Axel in vehicle, visar axelnummer i lok och vagnar, se figur 5 Vfc= Vertical force, visar de vertikala axelkrafterna Oc= Occurrences, visar hur ofta loket är med i topp 20 listan 6

Figur 5. schematisk bild som visar hur vagnarnas axlar numreras i förhållande till A och B ända Mätstationen ska i teorin ge indikationer på olika typer av slitage och skador hos fordonens hjul och axlar. Enligt Dan Larsson, Damill AB tillika utvecklare av mätsystemet (personlig kommunikation, 10 april 2018) ges följande koppling mellan uppmätta värden i topplistan för de värsta vagnarna de sju senaste dygnen och möjliga felorsaker: Höga laterala krafter (LFrc) = indikerar problem med styrning, ex hollow wear, flänskontakt eller boggiproblem Stor attackvinkel (AoA) = samma som ovan, axeln är inte vinkelrät i förhållande till spåret vilket genererar laterala krafter Höga vertikala krafter = indikation på höga axellaster, felfördelad last Höga dynamiska vertikala krafter (VFrcDn) = hjulplattor eller orunda hjul Höga vertikala vibrationer (VVibFrc) = ojämna hjulytor, exempelvis krossår 7

1.2 SYFTE OCH MÅL Syftet är att utvärdera om uppmätta rälkrafter kan användas som tillståndsövervakning av hjul och axlar hos rälsgående fordon. Målet är att analysera ifall det existerar korrelationer mellan registrerade rälkrafter och faktiska hjulskador hos rullande materiel. Detta görs för att kunna utvärdera om mätsystemet kan användas för att upptäcka fel hos lok och vagnar i ett tidigt skede, vilket i förlängningen kan bidra till minskade underhållskostnader, ökad- säkerhet och livslängd på järnvägen. Målet nås genom att besvara följande frågeställningar: Är det möjligt att identifiera vagnar och axlar med avvikande krafter och attackvinklar i mätstationens databas? Har avvikande mätvärden någon korrelation till hjulens aktuella tillstånd? Är det möjligt att rangordna utslag mot defekternas storlek? 1.3 AVGRÄNSNINGAR Projektet omfattar ett urval av medverkande aktörers lok och vagnar. Dessa begränsas till analys av enbart hjul eller hjulupphängningar som ger avvikande utslag på mätstationen i Sävast. Möjlighet till inspektion av de komponenter som ger upphov till utslag är en begränsande faktor, här ställs stora krav på en öppen dialog med de samverkande aktörernas verkstäder. Då mottagen underhållshistorik helt saknar information om individuella avvikelser samt skadornas omfattning, har granskning av historiska korrelationer till uppmätta krafter bakåt i tiden uteslutits. Ett antal vagnar som identifierats med olika skador av SJ har inte kunnat analyseras på grund av utebliven spårbarhet. Detta beror på att vagnarnas identitet (WIN nummer) ej kunnat avläsas med mätstationens RFID-mottagare. De inspektioner eller avsyningar som gjorts vid avvikande kraftutslag har till största delen bestått av okulärbesiktning samt måttagning och fotografering av fordon på bangård. Endast vagnar med extremt höga avvikelser har tagits in på verkstad för utökad inspektion av reparatörer. Tillgången till optiska mätutrustningen har varit begränsad, av den anledningen har endast profilmätning på ett fordon kunnat genomföras. 8

1.4 Innehåll och upplägg - Kapitel 1 ger en introduktion till ämnesområdet, bakgrunden till studien och syftet med de frågeställningarna som studien ska besvara. Avslutningsvis tar kapitlet även upp de avgränsningar som funnits under studiens gång. - Kapitel 2 inleds med en introduktion av underhållsteknik med hjälp av definitioner och standarder inom underhåll. Detta följs upp av en djupare beskrivning om vikten av tillståndsbaserat underhåll och driftsäkerhet. - Kapitel 3 beskriver vilka metoder och verktyg som har nyttjats under studiens gång för att komma fram till de slutsatser och resultat som formulerats. - Kapitel 4 presenterar resultatet för arbetet som är genomfört, detta innefattar separata analyser av uppmätta krafter och genomförd inspektion på ingående fordon. - Kapitel 5 handlar om att knyta samman den information som presenterats i teorin (kapitel 2) och resultatet (kapitel 4) som tagits fram under arbetets gång och diskutera dessa med egna synpunkter. - Kapitel 6 handlar om lärdomar från arbetet samt slutsatsen för studien. - Kapitel 7 tar upp vad som är relevant ur synpunkt för ett framtida arbete, eller vad som krävs för ett utökat resultat. - Kapitel 8 redogör avslutningsvis vilka källor som använts vid genomförandet av studien. 9

2 Teori Säkerhet och kostnader är grundpelarna i verksamheten för alla aktörer som trafikerar de svenska järnvägarna, de nämnda faktorerna påverkas starkt av skicket på den rullande utrustningen och det spår som trafikeras. Degradering eller skador på utrustning kan få katastrofala konsekvenser i form av kostsamma haverier eller olyckor med stora risker för skador på både fysisk utrustning, miljö och människors hälsa. När verksamhetens ekonomi och rykte är så starkt beroende av funktionen hos den fysiska utrustningen är optimering av underhållet inte bara önskvärt, det är nödvändigt. 2.1 UNDERHÅLLSTEKNIK För att kunna bedriva ett effektivt underhåll måste organisationen sörja för att alla inblandade förstår samtliga grundbegrepp och ingående definitioner för underhåll. Kunskap om skillnader mellan olika typer av förebyggande och avhjälpande underhåll är centralt för att lyckas med detta. Som ett stöd i underhållsarbetet finns Svensk underhållsstandard SS-EN 13306:2010 (Sv) (Swedish Standards Institute, 2010), här definieras alla grundbegrepp inom underhåll på ett övergripande och tydligt sätt. Ett bra exempel på detta är definitionen av underhåll som lyder kombination av samtliga tekniska åtgärder, administrativa åtgärder och ledningsåtgärder under en enhets livstid som är avsedda att vidmakthålla den i, eller återställa den till, ett sådant tillstånd att den kan utföra krävd funktion (Swedish Standards Institute, 2010, s. 8). Den krävda funktionen varierar förstås beroende på typ av enhet, användningsområde och driftmiljö. Detta innebär att den krävda funktionen avser den funktion som en specifik individ är menad att utföra. Det är oerhört viktigt att alla som är inblandade i underhållet och planeringen av denna vet vilken funktion som krävs och därför är det nödvändigt att tydligt definiera vad som menas med krävd funktion (Ben-Daya, Kumar & Murthy, 2016). Underhåll kan delas in i två huvudkategorier med fler undergrupper, huvudkategorierna är består av förebyggande eller avhjälpande underhåll (Idhammar,1995). Det förebyggande underhållet beskrivs som aktiviteter vilka genomförs i enlighet med förutbestämda kriterier eller inom förutbestämda intervall, med avsikten att minimera sannolikheten för uppkomst av funktionsfel eller annan degradering av enhetens funktion, enligt svensk underhållsstandard SS- EN 13306:2010 (Sv) (Swedish Standards Institute, 2010). Syftet med förebyggande underhåll är att åtgärda brister innan de orsakar allvarliga funktionspåverkande fel som kan leda till kostsamma haverier eller ökade olycksrisker. Motsatsen till förebyggande underhåll är avhjälpande underhåll, vilket innebär att enheten underhålls efter att ett funktionsfel har inträffat. I det fallet är huvudsyftet med underhållet att enheten skall återställas till ett sådant skick att den åter uppfyller krävd funktion. De två tidigare nämnda huvudkategorierna för underhåll kan delas upp i undergrupper enligt figurbeskrivningen i figur 6. 10

Figur 6. Schematisk bild som föreställer gruppering av olika underhållstyper, ur SS-EN 13 306:2010 (Sv) (Swedish Standards Institute, 2010, s. 21.) Med stöd av figur 6 så har förebyggande underhåll två olika underkategorier, dessa är tillståndsbaserat och förutbestämt underhåll. Avhjälpande underhåll delas också upp i undergrupper, dessa består av uppskjutet- och akut underhåll. För att öka förståelsen för hur dessa grupper fördelas och definieras ges här nedan en övergripande definition för samtliga undergrupper från figur 6. Tillståndsbaserat underhåll: förebyggande underhåll som omfattar en kombination av övervakning eller inspektion eller provning, analyser och påföljande underhållsåtgärder (Swedish Standards Institute, 2010, s. 13) Schemalagt förutbestämt underhåll: Är förebyggande underhåll vilket genomförs inom bestämda tidsintervall eller efter en bestämd användningsfrekvens för att undvika att funktionsfel eller haverier uppstår i systemet (Swedish Standards Institute, 2010, s. 13). Uppskjutet avhjälpande underhåll: avhjälpande underhåll som inte genomförs omedelbart efter det att ett funktionsfel upptäckts utan senareläggs i enlighet med givna regler (Swedish Standards Institute, 2010, s. 14) Akut avhjälpande underhåll: avhjälpande underhåll som genomförs omedelbart efter det att funktionsfel har upptäckts så att oacceptabla konsekvenser undviks (Swedish Standards Institute, 2010, s. 14) 2.1.1 Tillståndsbaserat underhåll I denna del ges en fördjupning av tillståndsbaserat underhåll, när det är lämpligt och vilka fördelar det för med sig. De absolut vanligaste metoderna är avhjälpande underhåll som sker när ett fel redan inträffat eller tidsbestämt underhåll som sker inom bestämda drift- eller tidsintervall, där det senare oftast baseras på tidigare erfarenheter. Alternativet till dessa är 11

tillståndsbaserat underhåll som ofta benämns CBM (Condition Based Maintenance), där kontinuerlig eller periodisk övervakning av den fysiska utrustningens kondition eller skick utförs. Metoden förlitar sig på utrustningens aktuella tillstånd för att kunna avgöra om en underhållsinsatts är nödvändig (Marseguerra, Zio & Podofillini, 2002). Tillståndsbaserat underhåll baseras alltså på en typ av övervakning eller analys av utrustningens skick eller status, denna kan vara schemalagd, kontinuerlig eller på begäran. Syftet med tillståndsövervakningen är att öka möjligheterna att underhålla kritisk utrustning i förebyggande syfte för att minimera risken för kostsamma haverier, stopp och/eller allvarliga olyckor. I strategic maintenance planning (Kelly, 2006) nämns olika typer av utrustning och hur man väljer ut en lämplig underhållsmetod för respektive komponent, genom att bestämma komplexitet, antal felmoder, möjlighet att identifiera fel samt kostnader vid haveri för enheten eller systemet. Flera faktorer påverkar därför vilken underhållsmetod som är lämplig för den aktuella utrustningen. För komponenter och system med ökande komplexitet och svårigheter att fastställa tid till fel så lämpas sig tillståndsbaserat underhåll bättre än underhåll med förutbestämda intervaller. Med avseende på komplexiteten i samverkan mellan hjul och räl bör tillståndsbaserat underhåll vara ett lämpligare alternativ för hjulen hos rälsgående fordon. Många strukturella system lider av ökande förslitning i kombination med slumpmässiga fel som sker i takt med utrustningens åldrande eller användningsgrad (Grall, Bérenguer & Dieulle, 2002). Det är precis denna typ av degraderade utrustning med svårbestämd nedbrytningstakt som lämpar sig för tillståndsbaserat underhåll (Marseguerra, Zio & Podofillini, 2002). Denna degradering är vanligt förekommande hos roterande enheter eller system där degradering ofta leder till olika fysiska förslitningar, såsom lagerslitage, spricktillväxt, erosion, korrosion, utmattning, och kumulativt slitage, etc (Grall, Bérenguer & Dieulle, 2002). Den snabba förslitningen hos dessa feltyper kan leda till plötsliga funktionsbortfall, vilket kan resultera i höga underhållskostnader och ökade säkerhetsrisker. Denna typ av degradering kan kopplas till förslitning och skador på hjul på rälsgående fordon. För att kunna tillgodogöra sig information om en enhets hälsa genom tillståndsövervakning behövs tillgång till olika typer av utrustning och mätteknik (SEMA-TEC, 2017). StratoForce är ett sådant mätsystem som skulle kunna tänkas tillämpas för att kunna tillgodogöra sig den informationen. Historiskt sett har kontinuerlig eller periodisk tillståndskontroll av utrustningens skick eller hälsa under drift varit svårt, men den snabba utveckling av trådlös teknik och mikrosensorer som Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA), Product Embedded Information Devices (PEID), Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) och Radio Frequency Identification (RFID) har bidragit till att möjligheterna för tillståndsbaserat underhåll har ökat på senare tid (Shin & Jun, 2015). Man påstår också att avancemanget inom informationsteknologi inte bara lett till utökad bandbredd, ökade dataflöden och analysmöjligheter, utan att det i själva verket möjliggjort diagnosticering av degradering på ett mer exakt sätt. Den snabba tekniska utvecklingen har möjliggjort övervakning med hjälp av flera givare, det här är framför allt en fördel i komplexa system där en givare har svårt att ge fullständig information (Jardine, Lin, & Banjevic, 2006). Det höga dataflödet vid kontinuerlig 12

tillståndskontroll med flera sensorer är dock något som ökar behovet av digitaliserade system, till exempel datoriserade underhållssystem (Kelly, 2006). Om beslutet att införa tillståndsbaserat underhåll är baserat på korrekt information och implementeringen skett på rätt sätt så ges möjligheter till att minska kostnaderna för det förebyggande underhållet, detta beror bland annat på att det blir möjligt att undvika onödiga förebyggande underhållsinsatser (Jardine, Lin, & Banjevic, 2006). Dessa påstår också att arbetet med genomförandet av tillståndsbaserat underhåll kan delas in i tre nyckelområden, första steget handlar om insamling av relevant data, steg två omfattar hantering och analys av datan och i det sista steget ska behandlad information användas för att fatta beslut om lämplig underhållspolicy. När beslutet om en korrekt underhållspolicy ska fastställas måste hänsyn till omkringliggande utrustning och systemens utformning vägas in. Ett tydligt exempel på detta är att komponenter som ingår i seriella system bör underhållas relativt tidigt medans det förebyggande underhållet för komponenter och enheter i redundanta system kan senareläggas (Olde Keizer, Flapper & Teuntera, 2017). När det gäller optimering av tillståndsbaserat underhåll vägs det vanligen in olika kriterier som tillgänglighet, tillförlitlighet samt kostnader och säkerhet (Alaswad & Xiang, 2017). Risken att några av dessa hamnar i konflikt med varandra är stor. Baserat på ovanstående information konstateras att fastställandet av en lämplig underhållsmetod många gånger baseras på en mängd olika faktorer och att de beslut som fattas gällande optimering inte kan göras med lätthet. Identifieringen av en effektiv underhållsstrategi för en anläggning eller ett tekniskt system är av stor betydelse både ur ekonomiska aspekter och från säkerhetssynpunkt (Marseguerra, Zio & Podofillini, 2002). Skulle tillståndsbaserat underhåll vara den mest lämpade metoden så finns det en del faktorer som bör övervägas innan metoden implementeras. Några av dessa är bristande historiska data med korrelation till fel samt att mätningar på komponenter i komplexa system ofta påverkas av omkringliggande utrustning. Ibland görs antagandet att tillståndsbaserat underhåll kommer som ett färdigt paket redo att implementeras, så är inte fallet. Det är istället en kombination av integrerade processer, teknologier, och funktioner som tillsammans gör det tillståndsbaserade underhållet möjligt (Shin & Jun, 2015). Något av det svåraste vid optimering av tillståndsbaserat underhåll är att bestämma inspektionsintervall och gränsvärden för underhåll, sätter man gränsvärden för lågt så ökar kostnaderna och för högt satta gränsvärden kan leda till ökade säkerhetsrisker (Grall, Bérenguer & Dieulle, 2002). För att minska komplexiteten vid analys av data från tillståndsövervakning hos enskilda komponenter så utesluts ofta yttre faktorer som hastighet, temperatur och belastning (Shin & Jun, 2015). Dessa är dock av största vikt för att nå ett tillförlitligt resultat. Med stöd av tidigare påståenden kan konstateras att implementering av tillståndsbaserat underhåll inte görs med en handvändning, det är många faktorer som spelar in och påverkar möjligheten att uppnå önskat resultat. Implementeringen är därför i många fall en kostsam process som endast är lämplig för system eller komponenter vars haveri orsakar höga kostnader eller signifikanta säkerhetsrisker. 13

2.1.2 Driftsäkerhet Driftsäkerhet definieras som förmågan hos en enhet att kunna utföra krävd funktion under angivna betingelser vid ett givet tillfälle eller under ett angivet tidsintervall, förutsatt att erforderliga stödfunktioner finns tillgängliga (Swedish Standards Institute, 2010, s.8). Enligt svensk standard SS-EN 13 306:2010 så påverkas utrustningen eller systemens driftsäkerhet av tre olika undergrupper, dessa är funktionssäkerhet, underhållsmässighet och underhållssäkerhet (se beskrivning i figur 7). Driftsäkerhetens undergrupper att kan delas upp och förklaras enligt figur 8 nedan. Figur 7. Beskrivning av nyckeltal för driftsäkerhet samt ingående driftsäkerhetsfaktorer, skapad utifrån information ur Johansson bok (1997) 14

Figur 8. träddiagram som visar ingående driftsäkerhetsfaktorer och dess undergrupper, baserad på Johansson (1997) Driftsäkerheten hos de ingående aktörernas fordon är inget undantag, den baseras på de faktorer som ingår i träddiagrammet ovan. Denna rapport berör dock först och främst underhållsmässighet och felupptäckbarhet hos hjul och axlar i det rullande materialet. Enligt aktörerna själva så sker underhållet om möjligt förebyggande, bland annat genom okulära tillståndskontroller, efter larm från varmgångs/tjuvboms- och hjulskadedetektorer men framför allt genom förutbestämt underhåll efter bestämda kilometerintervall. Verkstadspersonalen hos LKAB i Vitåfors (personligkommunikation, 16 Maj 2018) påstår att det i dagsläget är mycket svårt att förutsäga när underhåll av vagnarnas hjul bör genomföras. De upplever mycket stora variationer i hjulens livslängd, vissa håller längre än förväntat medans andra går sönder nästan direkt. 2.2 Samverkan fordon bana Hjulens primära syfte är att underlätta förflyttning i önskad riktning och säkerställa att lok och vagnar behåller önskad position i spåret. Samspelet mellan räls och fordon är ett ytterst komplicerat område vilket bidrar till att omfattande forskning ständigt pågår. Det är känt sedan tidigare att banan påverkas av en mängd olika krafter. Storleken och riktningen hos dessa 15

krafter kan kopplas till trafikerande fordon och ingående komponenter samt banans utformning (Trafikverket, u.å., a). Det relativa spårläget påverkas av de dynamiska krafter som uppstår mellan bana och fordon, vilket i sin tur påverkar vibrationer i spår, banöverbyggnad, banunderbyggnad, mark samt fordon. Med tiden leder detta till nedbrytning av hela järnvägssystemet som slutligen påverkar spår- och fordonsunderhåll negativt vilket ökar underhållskostnaderna samtidigt som säkerheten reduceras (Trafikverket, 2015). Hjul och axlar är uppenbart komponenter vars funktion är kritisk för att för att systemet som helhet ska kunna uppfylla krävd funktion. Hänsyn måste tas till att hjulen på järnvägsfordon är fast monterade på en gemensam axel, detta är något som påverkar fordonsdynamiken då båda hjulen och den sammanlänkande axeln hela tiden roterar med samma hastighet. Hjulen och den gemensamma axeln brukar kallas för hjulsats (SkLjF 201 1998:2). Trafikerade fordons hjulsatser påverkar rälen med krafter i olika riktningar, några av dessa är Laterala krafter i form av friktion, sinusgång (se figur 9) och centrifugalkraft, vertikala krafter i form av statiska och dynamiska axel- och hjullaster samt slagkrafter från hjulplattor (Trafikverket, u.å., a). Utöver nämnda krafter så uppstår längsgående krafter beroende av temperatur samt fordonens inbromsning och acceleration, de längsgående krafterna ingår dock inte i denna rapport. Figur 9. Schematisk bild av en så kallad sinusgång. Detta sker oftast i rakspår och uppstår på grund av instabilitetsproblem, det kan bero på att fria hjulpar är för svagt infästa (kth, 2007) Det är tydligt att utformningen av banan, fordon och deras komponenter är av stor vikt i sammanhanget. Hjulens profil och fläns påverkar kontakten med rälen, detta är framförallt påtagligt vid passage i snäva kurvor där fordonet påverkas av en utåtriktad centrifugalkraft. (se figur 10 och 12). 16

Figur 10. Schematisk bild som visar ett exempel på tvåpunktskontakt, kontaktpunkter som kan uppstå vid kurvtagning då hjulets fläns kan komma i kontakt med rälen Hjulens koniska profil är av största betydelse för fordonens dynamik och beteende i spåret, anledningen till utformningen är att tåget ska kunna styra i kurvor (se figur 11). Eftersom att hjulsatsen är styv så snurrar båda hjulen med samma hastighet och med anledning av detta måste det yttre hjulet vid kurvtagning röra sig en längre sträcka på samma antal rotationer. Detta är möjligt då tåget pressas utåt vid kurvtagning och rälen hamnar då långt in under det yttre hjulet där diametern är större, respektive långt in under det inre hjulet som då har mindre diameter, se figur 12. Om hjulens profiler är optimerade för den typ av räl som trafikeras så kan man uppnå optimalt grepp utan slirning (Esveld, Markine & Shevtsov, 2006). 17

Figur 11. Schematisk bild på normalprofilen hos ett lokhjul, enligt (SkLJF 201 1998:2) Figur 12. Schematisk bild som beskriver betydelsen av hjulprofilens koniska form vid kurvtagning, exemplet är egen produktion Profilerna hos hjul och räl varierar beroende på design, tillverkning och materialval. Det förekommer också variationer som beror på drifttid i form av slitage och andra yttre faktorer. Slitaget på hjul och räl som över tid leder till profilförändringar är ett fundamentalt problem som kan orsaka förändringar i fordonens dynamiska karaktär, om de inte åtgärdas i tid kan det leda till stabilitestproblem, komfortförsämringar och slutligen urspårning (Braghin, Lewis, Dwyer-Joyce & Bruni, 2006). Under en lång tid har det forskats och arbetats för att ta fram en optimerad profil för hjul och räl som ska minska slitaget och öka järnvägsfordonens stabilitet. Det finns flera vetenskapliga artiklar som lyfter detta arbete, bland annat Jahed, Farshi, Eshraghi & Nasr (2006) och Ignesti et al. (2012) med fler. Optimeringsmodellen har dock en del motståndare, Esveld, Markine & Shevtsov (2006) menar att liknande optimeringsmodeller endast är lämpliga för slutna system. Med det menas spår där endast en typ av rullande material används och inga andra fordon trafikerar spåret. 18

Generellt sägs att kontaktytan mellan hjul och räl är ca 1 cm 2, men ytan varierar något beroende på profiler, friktion och hårdheten i räl och hjul samt elastisk deformation (Iwnicki, 2006). Kombination mellan fordonens dynamiska egenskaper och rälens skick och dragning har en direkt koppling till de krafter som uppstår i kontaktytan. Det förtydligas att hjulets profil, position och förslitningsgrad påverkar resulterande krafter (normalkraft), se exempel i figur 13-15. Figur 13. Schematisk bild föreställande koniska profiler: Exemplet visar här att den resulterande kraften till största delen verkar i Z-riktning eller vertikal riktning, krafterna i den laterala riktningen Y är förhållandevis liten jämfört med den vertikala kraften Z (Iwnicki, 2006, s.108) Figur 14. Schematisk bild föreställande konkava profiler (hollow wear) och progressiv centrering: Den vänstra kontakten har i likhet med figur 13 (ovan) en liten lateral kraftpåkänning medans den högra uppvisar en tydlig ökning av laterala krafter i Y-led (Iwnic ki, 2006, s.108) Figur 15. Schematisk bild föreställande koniska profiler med flänskontakt: I figuren syns tydligt hur stor påverkan flänskontakt har för uppkomsten av laterala krafter, i det här fallet överstiger den tydligt den vertikala lasten (Iwnicki, 2006, s.109) 19

2.2.1 Hjulskador Benämningen hjulskada på ett järnvägsfordon är ett samlingsbegrepp för alla slags skador som orsakar en förhöjd samverkanskraft mellan rälen och hjulen (BVF 592.11 2013:3). Det finns en mängd olika typer av hjulskador och förslitningar som kan inträffa på lok och järnvägsvagnar, några av dessa är utvalsning, ojämnheter runt hjulets omkrets, hjulplatta, krosskador, hjulringsbeläggning samt dubbelfläns (hollow wear) se figur 16 nedan (Trafikverket, u.å., b). Figur 16 Bild föreställande olika typer av vanligt förekommande hjulskador (Trafikverket, u.å., b) Utvalsning Problemet med utvalsning kan kopplas till hjul med konkav profil, detta beror på att de höga laterala krafterna orsakar hjulet att deformera plastiskt och materialet tvingas ut över kanten mot fältsidan av hjulprofilen (Fröhling, Ekberg, & Kabob, 2008). Ett exempel på skadetypen hittas i figur 16 ovan. Ojämnheter runt hjulets omkrets Kan vara lokala eller periodiska ojämnheter runt hjulets omkrets, skador av denna typ är ofta svårupptäckta (Trafikverket, u.å., b). Skadetypen kan endast identifieras med speciell utrustning eller hjulskadedetektorer. Hjulplatta Hjulskadan uppkommer när hjulet har låst sig och börjat glida (slipas) mot rälsen istället för att rulla, detta resulterar i att delar av hjulet blir platt se figur 16 (Trafikverket, u.å., b). Att hjulet låser sig kan bero på en mängd olika saker men det är mest associerat med att bromsen inte kunnat lossas. Tänkbara anledningar till detta skulle kunna vara att fordonet har börjat röra på sig innan bromsen lossats (tar ofta längre tid om det t.ex. är kallt ute), bromsarna har fått ett tekniskt fel som påverkar deras funktion, blocken eller beläggen till bromsarna har frusit fast mot ett vagnshjul eller en bromsskiva, att tåget har fått nödbromsa eller att viktfördelningen har varit felaktig och överbelastat något hjul. En hjulplatta måste åtgärdas snarast då den tillsammans med låga temperaturer riskerar att slå sönder rälen helt där den passerar (Trafikverket, u.å., b). Ju lägre hastigheter tåget kör med desto kraftigare blir slagen från en 20

hjulplatta, det anses vara som farligast i hastigheter runt 30 km/h, se figur 17. Hjulplattor förkortar rälsmaterialets livslängd genom att den påskyndar utmattningsskador. Figur 17. Illustrationen beskriver skillnaden för slag mot rälen vid hög respektive låg hastighet (Trafikverket, u.å., b) Krosskador Krossår bildas genom att hjulets material utmattas eller att fordonet kört på något/några hårda föremål som funnits på spåret, se figur 16 (Trafikverket, u.å., b). Hjulringsbeläggning Det är en hårt intryckt/fasttryckt material eller föremål som skapar en slags beläggning på hjulets löpyta (BVF 592.11 2013:3). De tre sistnämnda hjulskadorna är de absolut vanligaste på järnvägarna i dagsläget (Trafikverket, u.å., b). Den absolut vanligaste och mest överrepresenterade typen av hjulskada är krosskador säger Anders Engström på SJ (se intervjufrågor i bilaga 1), han påstår att ingen annan typ av hjulskada kommer i närheten gällande omfattning och antal. Även Robert Pallari LKAB (se intervjufrågor i bilaga 2) håller med om att det utan tvekan är krosskador som orsakar flest problem för tågen, dessutom är de svåra att förutsäga och genererar höga kostnader på grund av minskad hjullivslängden och ökade omstomningskostnader. När det gäller skador i form av ytsprickor så är det ett stort problem, dessa är grundorsaken till uppkomsten av krosskador vilket påverkar säkerheten negativt och leder till ökade underhållskostnader (Huang, Shi Zhao, Cai, Liu, & Wang, 2017). Dessa skador benämns ofta för Rolling Contact Fatigue (RCF) vilket direkt översatt till svenska blir rullkontaktutmattning. Skadetypen är i kombination med slitaget på rälen välkända problem, felutvecklingen hos dessa är svårbedömd eftersom problemen interagerar med varandra (Seo, Jun, Kwon, & Lee, 2015). De initiala skadorna vid RCF består ofta av sprickor som löper diagonalt med färdriktningen och inom en tid eskalerar till fullt utvecklade krosskador, se figur 18. RCF uppstår på grund av höga laterala krafter vid kurvtagning, om sprickorna identifieras i ett tidigt skede kan hjulen åtgärdas i tid och avflagning undvikas helt (Huang, et al., 2017). 21

Figur 18. Bildexempel som visar förekomst av diagonal sprickbildning i hjul (a), samt sprickbildning och avflagning på räls i (b) (Huang, et al., 2017) Dubbelfläns (hollow wear) Hollow wear innebär att hjulets koniska profil har övergått till en mer konkav sådan, detta beror på slitage från kontakt mellan hjul och räl, se figur 16 (Iwnicki, 2006). Den konkava profilen leder till flera följdproblem som ökar slitaget på både hjul och räl. Först och främst så påverkar det bogin att skeva vilket leder till att hjulen får en högattackvinkel även kallad AoA (angle of attack), detta i sin tur påverkar rullmotståndet negativt och leder till ökade laterala krafter på rälen (Sawley, & Wu, 2005). De tillägger att detta i slutändan leder till uppkomsten av dubbelfläns samt ökat slitage på hjul och räl vilket påverkar både drivmedels- och underhållskostnader negativt. Samtliga av de ovanstående problemen bekräftas av Fröhling, Ekberg, & Kabob, (2008), men de poängterar också att detta leder till eskalerande RCF samtidigt som det allmänna slitaget på hjul, räl och spårväxlar kommer att öka. Hjulskador kan i allmänhet uppstå överallt på järnvägen, de kan orsakas av ojämnheter i järnvägen där insjunkningar, skarvar eller andra yttre faktorer skapar ojämn belastning. I slutändan leder belastningen till att hjulen slits ojämnt och risken för plastisk deformation ökar. De initiala hjulskadorna kan vara svåra att identifiera i ett tillräckligt tidigt skede, orsaken till detta är bland annat detektorernas höga larmgränser och att besiktningar idag oftast sker okulärt. Det enda sättet att kunna identifiera många av dessa hjulskador är med särskilda mätinstrument eller hjulskadedetektorer. Det är av högsta vikt att så fort som möjligt få reda på ifall man har en hjulskada och åtgärda den så tidigt som möjligt. Hjulskador påverkar nämligen alla järnvägsfordon genom att de förstör rälen vilket skapar hjulskador hos andra fordon och höga underhållskostnader för rälsen. En fullt utvecklad hjulskada kostar i genomsnitt 100 000 kronor per tillfälle (Trafikverket, u.å., b). 2.2.2 Övervakningssystem Alla hjulskador är precis som det skrivs i kapitel 2.2.2 inte tillräckligt stora för att kunna ses med blotta ögat. Av den anledningen finns det detektorer placerade på järnvägen som kan övervaka fordonen kontinuerligt genom att mäta krafter mellan räl och hjul, på så sätt kan dessa skador identifieras i ett tidigt skede (Trafikverket, u.å., b). I hjulskadedetektorer mäts vertikala krafter i form av peak- och medelvärden för höger respektive vänster sida, mätvärden 22

för samtliga passerande fordonsaxlar analyseras. Utöver detta registreras tågets och fordonens identiteter, hastighet och fordonstyp. Figur 19. Bilden föreställer en hjulskadedetektor av typen SCHENCK (Trafikverket, u.å., b) Med hjulskadedetektorer likt exemplet i figur 19 ovan, kan järnvägsfordon övervakas automatisk medans de är i drift, på så sätt kan riskfyllda skador snabbare identifieras. Allt detta ökar trafiksäkerheten och minskar den totala skadan och kostnaden av underhåll på både fordon och räl. År 2013 hade trafikverket totalt 190 olika detektorer på den Svenska järnvägen, några olika typer som används för att kontrollera relationen mellan fordon och spår är enligt Trafikverket, (2013) följande: Varmgångsdetektorer som används för att kunna observera hjullagertemperaturer Tjuvbromsdetektorer som används för att kunna registrera hjulringstemperaturer, görs pga av närliggande broms Hjulskadedetektorer som används för att notera krafter mellan hjul och räl På bandel 119 mellan Luleå och Boden finns tre detektorer för övervakning av fordon samt en forskningsstation, den senare är placerad i Sävast och övriga finns i Sunderbyn (Juntti, Tönnhed, & Hedenström, 2014). På forskningsstationen i Sävast finns StratoForce mätsystemet som granskas i denna rapport. Hjulskadedetektorn kan ge ut antingen ett fordonslarm som varnar för fel på järnvägsfordon eller ett funktionslarm som varnar för fel på detektoranläggningen (BVF 592.11 2013:3). Fordonslarmet ges vid tre olika nivåer: Varning (vid 200 kn) varnar för mätvärden som kraftigt har överstigit det vanliga driftvärdet. Tas in på slutdestination för underhåll eller inspektion. Låg (gränsvärde saknas) ger indikation på skada eller fel. Tas in på närmaste lämpligaste driftplats för okulärbesiktning, åtgärd sker om behov finns. Högnivålarm ( 350 kn) visar att risken för inträffandet av ett fel är högst sannolikt och utgör en säkerhetsrisk vad det gäller urspårning eller skada. kan eventuellt få tillstånd att fortsätta till nästa driftplats, måste åtgärdas omedelbart. 23

På sträckan Luleå till Boden finns varmgångs- och tjuvbromsdetektorer av typen FUES II, dessa mäter temperaturer på lagerboxar och bromsok (Juntti, Tönnhed, & Hedenström, 2014). Syftet med denna typ av detektor är att identifiera värmeökning orsakat av låsta bromsar som skapar hjulplattor eller lagerfel vilket i värsta fall kan orsaka urspårning (Almegius, Berg, Kärkkäinen, & Lindberg, 2012). Temperaturen mäts genom IR-strålning som registrerar absoluttemperatur, larmgränsen för varmgång är övertemperatur 80 C, och för tjuvbroms en registrerad hjulringstemperatur 250 C (Banverkets standard, BVS 1592.0201, 2008). För att kunna identifiera avvikelser i hjulens profil har en hjulprofilmätare installerats i Sunderbyn, denna ska kunna identifiera fel i ett tidigt skede och på så sätt öka möjligheterna att underhålla hjulen i god tid innan de skadar anläggning eller orsakar urspårning (Nordmark, et al., 2014). Nackdelen med detta mätsystem är att det är optisk vilket innebär att det krävs god sikt för att mätning ska vara möjlig, snörök, dimma och nederbörd kan påverka möjligheten att genomföra mätningarna negativt. 2.2.3 Boggi En boggi kan betraktas som en slags hjulupphängning, de brukas i ett flertal olika fordon för att hjälpa till med styrningen (alltomvetenskap, 2004). I en järnvägsvagn med fasta hjulaxlar kan det i kurvor uppstå vinklar mellan rälsen och hjulen, fenomenet orsakar skakig gång hos fordonet som sliter på både räls och hjul. Genom att utrusta järnvägsfordon med boggis (med två axlar vardera) så ökas förmågan för axlarna att följa spåret i kurvan individuellt, detta resulterar i en mindre vinglande gång och därmed bidrar de till minskat slitage på hjul och räl likt exemplet i figur 20. Figur 20. Schematisk bild som beskriver boggins funktion hos en järnvägsvagn (SKF, 2012) 24

Boggin hör till järnvägsfordonets drivsystem och styrmekanism, de stödjer fordonets massa, hjälper till att styra hjulen längs banan samtidigt som de dämpar mot stötar som överförs från spåret under fordonets rörelse (Railway Technical, 2018). Boggin är en viktig komponent för ett säkert järnvägssystem, den bidrar bland annat med följande funktioner (Isao & Okamoto, 1998): Hjälper tåget att köra stabilt i både raka och krökta spår Garanterar en god körkomfort genom att absorbera vibrationer som genereras av oregelbundna spår och minimera effekten av centrifugalkrafterna när tåget körs i kurvor med hög hastighet Stöder upp järnvägsvagnen ordentligt Minimera generering av spårojämnheter och nötning av räl Införandet av boggitekniken har resulterat i följande (Railway Technical, 2018): Längre vagnar kan byggas Fordonen klarar skarpare kurvor Tåget klarar av att färdas snabbare Vagnens vikt fördelas på fler axlar Det finns många olika typer av boggis vilka kan konfigureras efter användarens fordonsaxlar, utformning och funktionsbehov, till exempel vad gäller dämpning. 2.2.3.1 Boggi för godsvagnar Standardboggin för godsvagnar är den så kallade 3-piece boggin, modellen används bland annat av LKAB för att transportera järnmalm från gruvorna i Malmfältet till malmhamnen i Luleå (Kirunawagon, u.å.), se figur 21. LKAB:s malmvagnar har en lastkapacitet på runt 100 ton, detta ställer höga krav på boggins hållbarhet (LKAB, 2011). Figur 21. Schematisk bild av en standard 3-piece boggi (Railway Technical, 2018) 25

3-piece boggin har en design bestående av två längsgående balkar och en anslutningsbalk (SKF, 2012). I grunden innehåller den en styv kropp med en sekundär upphängning (Mohammad & Mazraeh, 2013). Den tvärgående delen som även är känd som bolstret sitter på dubbla spolfjädrar för att ge en viss dämpningsgrad för fordonet som vilar på de två sidobärarna. Boggin roterar runt mittstiftet för att boggin ska kunna navigera i kurvor (Railway Technical, 2018). Lagersystemet är direkt fixerad med den längsgående balken utan en primärfjäder (SKF, 2012). Den sekundära fjädern är integrerad i den transversella strålformen. Denna typ av boggi är billigare att tillverka och underhålla än andra typer, däremot har de generellt haft problem med kurvtagning i jämförelse med andra godsvagnar (Mohammad & Mazraeh, 2013). Detta påverkar slitage av hjul och räl negativt och därför har många ingenjörer fokuserat på strukturella optimeringar av dessa boggis för att kunna förbättra prestandan. Det finns även rapporter om en hög slitagemängd för dessa boggis vid kurvor. Mohammad & Mazraeh (2013) påstår att iranska järnvägstransport rapporter har bekräftat dålig prestanda för 3-piece boggin vid kurvor och även på rakspår. Detta ökar kostnaderna för underhåll av spår och rullande materiel. En standard godsvagn visas i figur 22. Den har bara ett upphängningssystem där axelboxfjädrar är kända som primärupphängning och hjulfjädrarna är kända som sekundärfjädring (Railway Technical, 2018). Vagnen är därför separerad från spåret med två uppsättningar fjädrar. Traditionellt var fjädrar gjorda utav stål antingen i spiral eller platta. Numera är de ofta gummi eller tryckluftspåsar eller någon kombination av dessa. Figur 22. Schematisk bild beskrivande boggins upphängning (Railway Technical, 2018) 2.2.3.2 Boogie för passagerare En passagerarboggi har också fjädrar monterade på toppen av axelboxarna ovanpå hjulsatserna, precis som godsvagnens 3-piece boggi, se figur 23 (ovanstående)(railway Technical, 2018). En passagerare boggi är mer utformad för att transportera passagerare. För att kunna behålla sina kunder måste en viss komfort kunna tillhandahållas, detta innebär att nivåer för vibrationer och ljud måste hållas inom rimliga gränser. Persontransport ställer därmed högre krav på 26

komfort och har därmed fler fjädrar på axelboxar än en 3-piece boggi. Anders Engström som jobbar på SJ i i Norrland (personlig kommunikation, 11 april 2018) säger att den klassiska passagerare boggin M84S används på deras sitt/liggvagnar, se figur 23. Det fanns hela 276 stycken av denna boggi-typ i trafik år 1999 (CMJS, 2004). Ett annat vanligt namn för den personvagnsboggin är ASEA, boggin har ett axelavstånd på 2,6 meter och kännetecknas genom dess radiellt inställbara hjulaxlar. Figur 23. Schematisk bild av SJ personvagnsboggi modell 84S, (ASEA) (CMJS, 2004) 2.2.4 RFID RFID står för Radio-frequency identification och är en generisk term för tekniker som använder radiovågor för att automatiskt kunna identifiera objekt eller personer (Roberts, 2006). Enkelt definierat skulle RFID kunna beskrivas som en sorts liknelse till den vardagliga streckkodstekniken där identifikation av en komponent sker genom avläsning av enhetens streckkoder, t.ex. i en varubutik. Istället för att använda streckkoder använder RFID-tekniken andra anordningar i form av minnen (t.ex. taggar) som på kontaktlöst avstånd kan läsas av med RFID-taggläsare som slutligen för informationen vidare till tillkopplat databassystem, se figur 24. Figur 24. Bilden beskriver flödet av data från RFID-tagg via läsare till databas (Roberts, 2006) I själva verket är det flera fördelar med att använda RFID-teknik istället för streckkodning (GS1, u.å.): RFID-tekniken möjliggör ett relativt långt avläsnings avstånd mellan läsare och tagg. Identifiering och hantering av ett flertal objekt går snabbare eftersom flera RFID-taggar automatiskt kan läsas av en och samma läsare. Taggarna kan göras mer toleranta mot slitage och fukt. RFID-taggen kan läsas av genom föremål som t.ex. en låda utan att behöva fri sikt. En mer komplex och preciserad beskrivning skulle därmed kunna vara att jämföra RFIDtekniken med ett elektromagnetiskt närhetsidentifierings- och datatransaktionssystem (Roberts, 27

2006). Genom RFID taggar på enheter och läsare för att samla tagginformationen så representerar RFID-tekniken en betydlig förbättring än streckkodningen när det gäller ickeoptisk närhetskommunikation, informationstäthet och tvåvägskommunikationsförmåga i förhållande till streckkoderna. Taggen behöver heller inte vara synlig till skillnad från streckkodningen då kommunikationen i RFID-tekniken sker genom passiv teknik (nyteknik, 2005). Med passiv teknik menas att som i passerkort så sker kommunikationen genom induktion, detta innebär att när taggen kommer inom RFID-läsarens antennfält så laddas taggens kondensator som gör att informationen sedan kan delas tillbaka till läsaren på en annan frekvens. Aktiva taggar (transpondrar) som ska kunna läsas av ett fordon som färdas med hög hastighet och på ett avstånd som på en järnväg eller genom en biltull kräver att de har strömförsörjning och radiovågor. När tåget eller bilen passerar tillförs energi genom en radiosändare till antennen hos taggen som likriktar ström och använder den för att driva en anpassad krets som består av minne, modulator och kommandotolk. Kaianders Sempler (nyteknik, 2005) skriver Sändaren skickar kommandon, modulerade på den kontinuerliga sändarbärvågen, som mottas och tolkas i RFID-taggens kommandotolk. Han menar även att RFID-taggarna idag har ett läsavstånd idag på mellan två centimeter till fem meter och strömförsörjning hos batteriförsedda taggar har en livslängd på runt 6-10 år. Robert Pallari LKAB (se intervjufrågor i bilaga 2) bekräftar att deras taggar med inbyggt batteri har en varierande livslängd, men en tumregel är att de håller cirka 10 år. Figur 25. Bild föreställande SJ:s RFID tagg på vagn 5405 Redan under andra världskriget började RFID-tekniken att användas av britterna (Techworld, 2012). Systemet kallades då för iff identify friend or foe och användes för att identifiera ifall ett flygplan var ens egna. Flygplanen var utrustade med en inbyggd radiosändare som meddelade att det var brittiskt när en viss signal sänds från marken och på så vis kunde identifieras som en friend. RFID används idag inom ett brett utbud av olika applikationer som sträcker sig från de välbekanta mekaniska låsen i byggnader till rfid-lösningar i betalkort 28

och mobiltelefoner som genom NFC (near field communication) kan brukas för snabba kontaktlösa betalningar. Tekniken används dagligen för t.ex. tidsbokning i tvättstugan, i pass, tillträdeskontroll i fordonsparkeringar, lagerförvaltning, tillgång till skidlift, spåra biblioteksböcker, stöldskydd, fordons startspärrsystem, i moderna resekort samt i bilnycklar och till och med som märkning av husdjur för att nämna några (Roberts, 2006). Idag finns det 180 RFID-läsare på den svenska järnvägen och antalet ökar ständigt, målet är att identifiera och positionera samtliga järnvägsfordon (Trafikverket, 2016). Med RFID-tekniken syns vagnars och loks identifikationen på ett tydligt sätt, det ger även information angående respektive vagn/loks lokalisering och åt vilket håll vagnen är placerad i färdriktningen. I nuläget finns RFID standarder framtagna av standardiserings organisationen GS1 tillsammans med infrastrukturägare och järnvägsföretag i Europa, dessa beskriver tillvägagångssätt för märkningen av fordon som vistas på järnvägen, vilket förklaras i figur 26. Standarder för RFID kallas för EPC och beskriver hur läsaren och RFID-taggar ska kommunicera, utbyta information, hur läsaren ska hanteras och även hur händelseinformationen ska delas mellan diverse komponenter (GS1, u.å.). Figur 26. Bilden beskriver informationsutbytet med hjälp av RFID på järnvägen (trafikverket, 2016) Medan RFID-system kan ge bra produktivitetsvinster så är nackdelen att den exponerar sig för nya hot mot säkerheten och integriteten hos individer och/eller organisationer (Roberts, 2006). Idag är det nämligen ovanligt att inte bära någon typ av RFID-etikett på sig vilken, det innebär att med rätt utrustning och kunskap kan vem som helst få tillgång till den information bärs omkring samt skapa möjligheten till att spåra människor och deras rörelsemönster (Techworld, 2012). Säkerheten hos RFID-tekniken kan med andra ord anses relativt sårbar på grund av dess bristande försvarssystem och riskerar därför att utsätta användaren för en mängd olika typer av angrepp i form av t.ex. kloning och stöld. 2.2.4.1 EVN (European Vehicle Number) Numreringen förkortas EVN och har sedan införandet i Sverige 2008 administrerats av transportstyrelsen. Det är ett tolvsiffrigt nummer som ger information om fordonsidentitet. fordonstyp, vilket land det kommer ifrån och vem som är ägare (Lokguiden, u.å.). Utöver 29

EVN har fordonen också en VKN märkning (Vehicle Keeper Marking) vilket är en förkortad innehavarbeteckning som ska stå ihop med det längre tolvsiffriga EVN-numret (Transportstyrelsen, u.å.). Det är detta nummer som delas till databasen via RFID när ett tåg passerar en RFID-läsare. 2.2.4.2 Aktörernas märkning Vagnar och lok ägda av SJ har RFID utan batterier som fungerar via energi från radiosändaren enligt tidigare beskrivning och skickar ut ett tolvsiffrigt EVN enligt Dan Larsson (personlig kommunikation, 10 april 2018). LKAB använder två typer av RFID-taggar, den ena taggen är batteridriven och skickar ut ett fyrsiffrigt identifikationsnummer medans den andra taggen fungerar på samma sätt som SJ:s taggar och skickar ut ett tolvsiffrigt EVN-nummer. Det unika med EVN-taggarna hos LKAB är att dessa är kopplade till ett vagnpar, där de två vagnarna som ingår växelvis har en RFID-tag på vänster respektive höger sida. Detta innebär att det tolvsiffriga EVN-numret för LKAB gäller för två vagnar i par. 2.2.5 Hur påverkar klimatet slitaget i spåret Under vintertid och höst så drabbas järnvägen ofta av hjulskador (Trafikverket, u.å., b). Järnvägens underhållskostnader är starkt förknippat till vädrets påverkan eftersom snö och is ställer till med stora problem för både tåg och järnvägen (UNT, 2012). Anders Engström på SJ (se intervjufrågor i bilaga 1) menar att hjulskador hos järnvägsfordon tredubblas under vintertid (från ca 15 december - slutet av mars). Han tror att detta kan bero på att stålet blir sprödare då väder och temperaturväxlingar sker under en kortare tid, t.ex. en resa från Göteborg där plusgrader och hög fukthalt på järnvägsfordonen i söder under en kort tid övergår till hög torrhet, minusgrader och isbildning i Norrland. Trafikverket (u.å., a) håller med och påstår att stålet faktiskt blir sprödare vid minusgrader. Även Robert Pallari (intervjufrågor bilaga 2, 26 april 2018) skriver att vinterklimatet genererar fler hjulskador även för LKAB:s tåg. Han menar att hjulskador och slitage har en stark koppling som ökar vid snabba temperaturväxlingar. Vinterväglaget och stora snömängder samt snörök kan orsaka isbildning, i vissa fall så innebär detta att ett tåg kan samla på sig ca 10-20 ton is och snö (UNT, 2012). Snön och isen kan sedan bidra till att skapa en hög belastning som tär på komponenterna, snörök kan skapa problem med ventilationen och övergångar, bromssystemet kan täppas igen (blir trögare att bromsa), snö och is som fastnar i boggins chassi skapar ojämn viktfördelning (försämrad dämpning) och kan bilda deformationer som ytterligare bidrar till förvärring av problemet med isbildning. Faktorerna är många och samtliga bidrar till ökade skador och problem, något som i sin tur ökar kraven på underhållsresurser som personal, material och övervakning. 30

3 Metod Metoden för detta arbete har varit en kombination av litteraturstudier, intervjuer, inspektioner och analys. Den data som analyserats kommer från mätstationen StratoForce i Sävast och består av uppmätta krafter vid tågpassager av LKAB:s och SJ:s tåg under givna tidsintervall. Utöver detta har den teoretiska delen tagits fram genom granskning av diverse standarder, webbsidor samt böcker från bibliotek med anknytning till underhåll och dynamiska relationer mellan hjul och räl. Teknisk information och broschyrer utgivna av Damill AB har använts för att specificera mätutrustningens kvaliteter. Sökningarna har gjorts via sökmotorn Google samt publikationer från LTU, med sökorden Damill AB, LKAB, SJ, underhåll, förebyggande underhåll, tillståndsövervakning, avhjälpande underhåll, underhållsteknik, mätstationer, järnväg, trafikverket, RFID, järnvägsboggis, järnvägshjul, hjulskador, lok & vagnar. Figurer har redigerat och skapats med programmen Paint och AutoCAD 2018. Kommandotolken som är en textbaserad sökfunktion samt mjukvaran Excel har frekvent använts för att sortera fram korrekt data. För att kunna utföra inspektioner av vagnar på bangård hos SJ och LKAB har följande grundutbildningar behövts: SSG Entré SSG LKAB Vistas i spår Analysmetod Vagnar och lok från LKAB och SJ som uppvisat avvikelser i form av förhöjda krafter har identifierats genom granskning i topp 20 listan från de sju senaste dygnen på http://savast.dyndns.org/. Efter identifiering laddas data från föregående passager för samtliga fordon ner från databasen i Sävast via fjärrskrivbordet till en lokal mapp. För att spåra det specifika fordonet används kommandotolken och kommandot find för individens EVN- eller vagnsnummer i den lokala mappen för att sedan plotta träffarna med hjälp av Dump.txt. En typisk sökning i kommandotolken kan se ut som följande: C:\Users\User\Desktop\StratoForce\Data\April>find "EVN-nummer" *.* > dump.txt Textfilen granskas och sorteras från felaktiga träffar, all kvarvarande data exporteras till Excel för vidare analys. Med hjälp av filterfunktionen i Excel kan uppmätta krafter för det specifika fordonet sorteras efter axelplacering i fordonet, oberoende på om det är AoA, laterala- eller vertikala krafter alternativt vibrationskrafter som ska granskas så tas min- och maxvärden fram för respektive passage. Dessa jämförs sedan med varandra för att se vilket värde som ligger längst ifrån nollan och detta värde är då peakvärdet för respektive passage. Samtliga peakvärden plottas sedan i ett linjediagram som förtydligar respektive axlars avvikelser vid varje passage mellan två datum. Vid framtagande av dynamiska värden tas ett medelvärde från de tre optiska givarna på respektive sida fram, dessa medelvärden för höger respektive vänster sida dras sedan bort från 31

den sidans högsta värde (peakvärdet). Resultatet är ett dynamiskt värde som visar skillnad mellan peakvärde och medelvärde, tanken är att detta ska kunna användas för att identifiera hjulplattor eller orunda hjul. Efter ett antal granskade tåg uppdagades avvikelser mellan uppmätta värden för granskade tåg och värden i topp 20 listan för vertikala vibrationer, detta visade sig bero på den metod som använts för att kunna presentera endast ett gemensamt värde för uppmätta krafter på både höger och vänster räl i topplistan. Damill AB har tagit medel av alla 3 värden på vänster sida för sig och sedan medel av alla 3 värden på höger sida för sig. Sedan har de adderat ihop dem till ett totalt "vibrationsvärde". Då detta avviker från genomförda granskningar togs beslutet att skapa en sammanställning av alla passager för LKAB respektive SJ från och med 2018-03-25 till och med 2018-04-12 för SJ och från och med 2018-03-25 till och med 2018-04-13 för LKAB. Negativa värden för alla axlar hos lok och vagnar som passerat mätstationen korrigerades till positiva för att enbart krafternas utslag var av intresse och inte dess riktning. Därefter beräknades medelvärde, median samt min- och maxvärden fram för uppmätta värden på höger respektive vänster räl. Efter att problemlok eller vagnar identifierats i topp 20 listan jämförs de mot framtagna medel/median värden för att identifiera storleken på krafternas avvikelse. Om avvikelsen var markant kontaktades medverkande aktörer varpå en okulär inspektion kunde utföras på bangård. Vid enstaka tillfällen var uppmätta axlar demonterade, dessa inspekterades på verkstad. Det optiska profilmätverktyget MG Calipri användes då den var tillgänglig vid vissa kontroller för att få en noggrann översikt över hjulet, se figur 27. Det var även viktigt att noga mäta hjulets olika storlekar för att kunna få en förståelse för krafternas förslitning och deformation på hjulet, se exempel på mätning av omkrets i figur 28. Figur 27. Bilden föreställer pågående mätning med det optiska mätverktyget calipri av SJ-vagn 5405 32

Figur 28. Bilden föreställer pågående mätning av omkrets på axel 4 från SJ-vagn 5188 På grund av uteblivna mätdata har ett antal vagnar med identifierade hjulskador uteslutits ur rapporten. 33

3.1 Extern kommunikation, frågeformulär och intervjuer Intervjuer och telefonsamtal samt e-postkonversationer använts i syfte att öka kvaliteten på information i rapporten. Nedan presenteras de kommunikationssätt som använts samt vilka företag och personer som bidragit med information. Under arbetets gång har återkommande dialog hållits med kontaktpersoner hos medverkande aktörer. Dessa har bidragit med information angående specifika fordonsindivider, arbetsmetoder, tekniska detaljer samt inplanering av okulärbesiktningar med mera. Information i rapporten som återgivits från denna typ av kommunikation är i rapporten refererad enligt följande uttryck (förnamn efternamn (personlig kommunikation, datum år)). De företag och personer som bidragit till denna kommunikation har varit: Anders Engström, fordonsplanerare SJ Robert Pallari, underhållsingenjör fordon LKAB Dan Larson, VD Damill AB Magnus Söderberg, fordonsingenjör Bombardier Utöver kontinuerliga dialoger har information från spontan kommunikation med verkstadspersonal från LKAB använts i rapporten. Detta skedde vid besök på LKAB:s bangård i Vitåfors i samband med okulärbesiktning av vagnar 2018-05-16. Resultatet från denna kommunikation kan läsas i kapitel 4.3.3 höga laterala krafter. I tillägg till ovanstående kommunikation har också mer strukturerade frågeställningar använts för att reda ut frågor som uppstått under arbetets gång. De företag som har deltagit med denna typ svar är företagen Bombardier samt SJ i Luleå och LKAB i Kiruna. Bombardier och LKAB fick var sitt frågeformulär som de fick besvara med öppna svar. SJ intervjuades med en semistrukturerad intervju i Luleå. Resultatet från dessa presenteras i kapitel 4, detaljerade frågeställningar och svar hittas i bilaga 1, 2 & 3. 3.2 Intern kommunikation & rapportering Projektgruppen har kommunicerat dagligen (måndag-fredag) via telefon eller Skype. Gruppen har under arbetet hållit veckomöten varje fredag, med följande dagordning: 1. Vad har gjorts? 2. Åsikter på andras arbete. 3. Ändringar. 4.Sammanställning. 5. Planera nya arbetsuppgifter. För att säkerställa att den övergripande tids- och projektplanen följs har gruppen planerat in fyra datum då en större analys och uppföljning av genomfört och planerat arbete utförs. Detta 34

har i kombination med veckomöten säkerställt att mål och delmål kunde uppnås enligt planering. Vissa korrigeringar av tidsplanen har förekommit, vad gäller inspektion av vagnar hos LKAB då dessa genomfördes andra veckan i maj med två veckors fördröjning. Under projektets gång har gruppmedlemmarna dagligen haft kontakt med varandra. Arbetet har fördelats jämt mellan deltagarna. Gruppsamtal har skett via Skype för att diskutera vad som behövs kompletteras, vilka frågor som skall ställas till kontaktpersoner eller vem som skall göra vad. De brister i texten som framkommit under projektets gång har åtgärdats av de aktuella författarna. Projektgruppen har alltid haft som ambition att ha en öppen dialog med medverkande aktörer för att effektivt kunna bedriva arbetet vidare. Kontakten med ingående aktörer har skett kontinuerligt under arbetets gång, både via telefon och e-post. 35

4 Resultat I detta kapitel presenteras resultat för genomförda kraftanalyser och tillhörande avsyningar uppdelat efter aktör och individnummer. Omfattningen av resultatet varierar beroende på ett flertal faktorer som exempelvis tillgången till mätutrustning, identifieringsproblem, skadetyp med mera. Detta innebär att vissa individer granskats mer ingående än andra, således förekommer det stora skillnader i mängden information som presenteras under respektive rubrik. 4.1 Framtagande av riktvärden för aktörerna Nedan följer beräknade riktvärden för aktörerna LKAB och SJ, dessa sammanställdes i tabell 1-4 för lok respektive vagnar per aktör. SJ: Totala axelpassager under perioden 2018-003-25 till 2018-04-12: 1260 st. Filtrering av axelpassager för lok med VTy RCmod : 300 st. Filtrering av axelpassager för Vagn med VTy Long4Axles + Unknown4Axles : 960 st. Tabell 1. Mätvärden för SJ Vagnar baserat på 960 axelpassager mellan den 25:e mars och 12:e april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad 36

Tabell 2. Mätvärden för SJ lok baserat på 300 axelpassager mellan den 25:e mars och 12:e april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad LKAB: Totalt axelpassager under tidsperioden 2018-03-25till 201804-13: 25089 st. Filtrering av axelpassager för lok med VTy iore-loco : 972 st. Filtrering av axelpassager för Vagn med VTy ironore : 23968 st. Filtrering av vertikala krafter för vagnar med enbart tal större än 60 kn. Detta görs för att få bort de tomma vagnarna då dessa förstör beräkningarna. Tabell 3. Mätvärden för LKAB Lok baserat på 23968 axelpassager mellan den 25:e mars och 13:e april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad Mätvärden för LKAB Lok baserat på 23968 axelpassager mellan den 25:e mars och 13:e april Medelvärde Hastighet VFrc Left VFrc Right AoA VTrns Left VTrns RightLFrc Left LFrc Right LTrns Left LTrns Right 64,79151 138,8176 148,5841 4,012438 0,204647 0,236245 24,99163 22,869 0,405863 0,477632 Median Hastighet VFrc Left VFrc Right AoA VTrns Left VTrns RightLFrc Left LFrc Right LTrns Left LTrns Right 63,76033 138,703 148,7658 3,6961 0,2075 0,237333 19,07117 21,4915 0,263167 0,3315 PeakVärde Maxvärde Hastighet VFrc Left VFrc Right AoA VTrns Left VTrns RightLFrc Left LFrc Right LTrns Left LTrns Right 75,265 162,625 186,926 17,80909 0,486 0,764 117,837 88,305 8,977 4,657 Min Hastighet VFrc Left VFrc Right AoA VTrns Left VTrns RightLFrc Left LFrc Right LTrns Left LTrns Right 49,804 110,706 121,241 0,00244 0,140667 0,129 0,974 1,273 0,099 0,167 37

Tabell 4. Mätvärden för LKAB vagnar baserat på 11688 axelpassager mellan 25:emars och 13 april. Medelvärdet är det som använts mest frekvent under arbetets gång. Notera att samtliga poster med inledande V innebär vertikala krafter i kn och L betyder laterala krafter i kn. Hastighet är angiven i km/h och AoA i mrad 4.1.1 Resultat från intervjuer 4.1.1.1 Teknisk information Mått på hjulen hos de vagnar och lok som ingår i rapporten listas enligt information från respektive aktör nedan: SJ Lok RC1-RC6 har en största hjuldiameter på 1300 mm, vilket ger en omkrets på ca 4000 mm (se intervjufrågor i bilaga 1). Vagnarna har en största hjuldiameter på 920 mm och en minsta hjuldiameter på 820 mm, detta ger en omkrets på mellan 2900 och 2600 mm LKAB Lok Iore har en största hjuldiameter på 1250 mm och en minsta hjuldiameter på 1150 mm, vilket ger en omkrets på ca 3900 och 3600 mm (Robert Pallari, bilaga 2, 26 april 2018). Vagn Fanoo har en största hjuldiameter på 915 mm och en minsta hjuldiameter på 857 mm, det ger en omkrets på mellan 2900 och 2700 mm. 4.1.1.2 Övrig information Samtliga aktörer upplever att behovet av tillståndsövervakning är stort och är något som de jobbar med att utveckla vidare. Båda använder sig idag av datoriserade underhållsystem där man dokumenterar datum, skadetyp, orsak, åtgärd med mera. De är också överens om att det förekommer stora årstidsvariationer där större delen av hjulskadorna inträffar under vintertid. Krosskador är generellt det största problemet hos vagnar och lok eftersom de är vanligast 38

Vertikala vibratione (kn) förekommande, svåra att förutsäga och genererar höga kostnader. Aktörerna fordon ska vara utrustade med RFID taggar för att kunna identifiera dem. 4.2 SJ vagnar Här listas resultat från analys av vagnar som trafikeras av SJ. Det fyrsiffriga numret är SJ:s eget identifikationsnummer för respektive individ, detta är kopplat till det tolvsiffriga EVN-numret som används för identifikation vid passage genom mätstationen i Sävast. 4.2.1 Vagnar som identifierats med skador av SJ Vagn: 5202 Vagn har larmat i detektor Luleå 2018-02-04. Samtliga passager för vagnen från och med 2018-01-25 till och med 2018-02-04 har plottats i figur 29 nedan. Här syns tydligt att axel 2 och 4 visar avvikande trender för vertikala vibrationer, var av axel 4 uppvisar den största avvikelsen. Datum för högsta vertikala vibrationer var 2018-02-04 vilket också var det datum som vagnen ska ha larmat. Samma datum kan även en ökning av de laterala Peak krafterna ses i figur 30. 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Peakvärde Vertikala vibrationer, SJ-vagn 5202 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Passage från 2018-25 till och med 2018-02-04 Axel 1 Axel 2 Axel 3 Axel 4 Figur 29. Linjediagrammet visar peakvärden för vertikala vibrationerna hos respektive axel i vagn 5202, för passager mellan perioderna 2018-01-05 till 2018-02-04 39

Figur 30. Linjediagrammet visar peakvärden för laterala vibrationerna hos respektive axel i vagn 5202, för passager mellan perioderna 2018-01-25 till 2018-02-04 Vagn: 5612 Vagnen anlände till Luleå fredag 2018-04-06 runt 07:00 med kända krosskador på höger hjul i axel 2, se figur 33. Vagnen togs ur drift på grund av höglarm i hjulskadedetektor och transporterades sedan till Luleå för att användas vid tester av hjulskadedetektor i Sunderbyn. Krafterna för den aktuella passagen kunde hämtas från databasen i Sävast för granskning och analys i Excel. Analysen visar en tendens till förhöjda vertikala vibrationer i axel 2 på höger sida i förhållande till de övriga axlarna i den vagnen, se figur 31. Den största avvikelsen visade sig när dynamiska vertikala krafter för samtliga axlar i tåget jämfördes, i figur 32 syns tydligt att axel 6 i tåget (axel 2 i vagn 5612) har markant avvikande dynamiska krafter på höger sida. Detta är en tydlig indikation på att hjulet i fråga är orunt eller har någon typ av hjulplatta. 40

Figur 31. Linjediagrammet visar skillnaderna för vertikala vibrationer i kn för respektive axel i vagn 5612 vid passage till Luleå 2018-04-06 Figur 32. i grafen visas tydligt de höga dynamiska värden för axel i tåg nr 6 under passagen som skedde 2018-04-06 Den avvikande kraften som visas för axel 2 i vagn 5612 som kan ses i figur 32 ovan kan förklaras av den rundhetsplott som presenteras i figur 33 nedan. Vagnen inspekterades på plats i Bombardiers verkstad i Notviken Luleå 2018-04-09. Höger hjul på axel 2 har en tydlig och omfattande krosskada mitt på kontaktbandet, storleken på skadan är av sådan omfattning att skadan kan ses som en hjulplatta, se figur 34 & 35. I tabell 5 syns uppmätta värden från inspektionen. 41

Figur 33Inverterad rundhetsplott av höger hjul i axel 2, vagn 5612. Notera att plotten är spegelvänd, utbuktande områden är således gropar eller inbuktningar i hjulets profil Tabell 5. Mätvärden tagna under inspektion 2018-04-09 42

Figur 34. Bilden föreställer axel 2 höger hjul. Krosskadans storlek gör så att hjulet påverkar spåret på samma sätt som en hjulplatta Figur 35. Bilden visar tydligt storleken på skadan hos höger hjul i axel två, vagn 5612 43

Vagn 5612 testkördes på sträckan Luleå - Boden 2018-04-26 kl. 07:00-17:00 med en hastighet av cirka 100km/h, testet genomfördes tre gånger tur och retur under den angivna tidsperioden. Analysen som genomförts för dessa passager presenteras i figur 36 38. Figur 36. Linjediagram som beskriver peakvärden för vertikala vibrationer för axlar i vagn 5612 vid de sex passagerna under testet som genomfördes 2018-04-26 Figur 37. Linjediagram som beskriver dynamiska krafter för axlar i vagn 5612 vid de sex passagerna under testet som genomfördes 2018-04-26 44

Figur 38. Linjediagram som beskriver peakvärden för laterala vibrationer för axlar i vagn 5612 vid de sex passagerna under testet som genomfördes 2018-04-26 Vagn: 5626 Vagnen togs in på Bombardiers verkstad i Notviken den 2018-04-07 för misstänkt hjulplatta efter larm i Sunderbyn, en passage genom Sävast mätstation kunde identifieras 2018-04-05, dock utan några märkbara avvikelser i vertikala krafter, se figur 39 och 40. Denna vagn avsynades senare hos verkstad i Notviken av Bombardiers personal utan anmärkningar och godkändes för trafik efter inspektion. Figur 39. Linjediagram som beskriver vertikala krafter för samtliga givare på höger respektive vänster sida för alla axlar i vagn 5626 vid passage 2018-04-05 45

Figur 40. Linjediagram som beskriver totala dynamiska krafter för alla axlar i vagn 5626 vid passage 2018-04-05 4.2.2 Vagnar som identifierats på grund av avvikande kraftutslag i StratoForce 4.2.2.1 höga Laterala krafter Vagn: 5405 Vagnen fanns med 13 gånger i mätstationens top 20 lista för de 7 senaste dagarna gällande höga laterala krafter på mätstationen i Sävast. Med anledning av detta gjordes en utförlig granskning av vagnens data från och med 2018-03-25 till och med 2018-04-09, denna analys visade höga värden och ett liknande beteendemönster under hela perioden. Vagnen visar onormalt höga laterala krafter i förhållande till medelvärdet för laterala krafter hos SJ:s vagnar, vilket ligger på mellan 7,59 kn-14,86 kn. För att öka möjligheterna att identifiera när det avvikande beteendet uppenbarade sig utökades analysen till granskning av passager från och med 2017-11-02 till och med 2018-04-09, se figur 41 och 42. I figuren kan en fördubbling av återkommande peakvärden för laterala krafter urskiljas. Det är framför allt axel 1 och 4 som har stora avvikelser och av dessa är axel 4 värst, den går från cirka 20 kn under perioden november till januari till ungefär 40 kn i slutet på februari. Den stora ökningen sker vid passage nummer 20 datumet är 2018-02-24. Enligt information från SJ:s underhållssystem (FORD) har vagnens hjul svarvats 2018-02-13. Efter svarvning blir styrförmågan bättre se passage 20 i figur 42, samtidigt som de laterala krafterna i figur 41 ökar markant. 46

Figur 41. Linjediagrammet visar laterala peakvärden för granskade passager från och med 2017-11-02 till och med 2018-04-09 för vagn 5405. Notera förändringen vid passage 20 då axelbytet genomfördes Figur 42. Linjediagrammet visar AoA peakvärden för granskade passager från och med 2017-11-02 till och med 2018-04-09 för vagn 5405. Här syns en tydlig minskning vid passage 20 då axlarna bytts ut Vagnen togs in på bangården i Luleå för okulär inspektion och profilmätning av hjul 2018-04- 12. Vid inspektionen användes en optisk profilmätare lånad av LTU, med hjälp av denna kunna hjulets aktuella profiler granskas. Med det optiska profilmätverktyget MG Calipri mättes profilen hos samtliga 8 hjul i vagnen. Exempel på resultatet av profilmätningarna syns i figur 43, profilmätningen visar tydligt att samtliga hjul led utav utvalsning. Vid den okulära inspektionen syntes mindre avflagning och utvalsning på alla vagnens hjul, se exempel i figur 44 och 47 nedan. Höger hjul på axel 3 hade relativt mycket utvalsning, avflagning och ytojämnheter samt inledande diagonal sprickbildning, se figur 44. Axel 4 höger hjul hade också avflagning och utvalsning, flänsen var i kontakt med rälen vilket orsakade tvåpunktskontakt, se figur 46 och 47. 47

Figur 43. Utdrag ur PDF från MG Calipri föreställande profilmått på axel 1 höger hjul i vagn 5405. Bilden är hämtad från bilaga 4 i syfte att förtydliga utvalsningens position på hjulet, samtliga mått är angivna i millimeter och förkortningen RO står för utvalsning, W för hjulbredd, Fw för flänsbredd, Fh för flänshöjd, HT anger slitagedjupet på löpbanan och qr ger indikation på flänsens lutning Figur 44. Bilden föreställer höger hjulaxel 3 i vagn 5405, tydliga ytskador på nära flänsen samt inledande diagonal sprickbildning högst upp mot fältsidan 48

Figur 45. Bilden visar vagn 5405 axel 4 höger sida, här syns små ytskador samt utvalsning och slitage nära fältsidan på hjulet. Figur 46. Bilden visar kontakten mellan höger hjul i axel 4 och rälen för vagn 5405, antydan till tvåpunktskontakt ger indikation på hollow wear 49

Figur 47. Bild från höger hjulaxel 2 som ligger helt an mot rälen 4.2.2.2 höga vertikala vibrationsvärden Vagn: 5203 Vagnen visade återkommande höga värden för vertikala vibrationer, hela sex gånger i topp 20 listan för höga vertikala vibrationsvärden 2018-04-13. Vagnen visar onormalt höga vibrationsnivåer i förhållande till medelvärdet för vertikala vibrationer hos SJ:s vagnar, vilket ligger på ca 0,5 kn. Samtliga värden för vagnens vibrationskrafter på höger respektive vänster sida plottades i figur 48, plotten föreställer mätvärden från alla givare för samtliga passager mellan 1/4 2018 till 13/4 2018. I figur 49 och 50 presenteras uppmätta krafter för respektive axel. När man jämför dessa två figurer så ser man att vagnen på senare tid uppvisar en försämring. Axel två, tre och fyra svarvades 2018-01-18, axel ett svarvades 2018-02-28. Vagnen har ej okulärbesiktats. 50

Figur 48. Visar vagn 5203 vertikala vibrationer för alla dess passager på båda sidorna av rälen mellan 2018-04- 01 och 2018-04-13 Figur 49. Visar vagn 5203 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på alla axlarna på vagnen mellan 2018-03-25 och 2018-04-05 51

Figur 50. Visar vagn 5203 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på alla axlarna på vagnen mellan 2018-04-01 och 2018-04-13 Vagn: 5209 Vagnen visade sig nio gånger i topp 20 listan för höga vertikala vibrationsvärden 2018-04-13. Samtliga mätningar togs fram för alla axlar på respektive sida för alla givare mellan 2018-03-25 till 2018-04-12, se figur 51. Dessa värden visar att det finns en ökande trend, varpå värden för respektive axel plottades i en egen graf från och med 25/3 2018 till och med 12/4-2018, se figur 52. Vagnen visar onormalt höga vibrationsnivåer i förhållande till medelvärdet för vertikala vibrationer hos SJ:s vagnar, vilket ligger på ca 0,5 kn. Det låga värdet vid passage 7 beror på att vagnen färdas i en lägre hastighet cirka 50 km/h i förhållande till övriga mätningar där vagnen färdas mellan 90 till 100 km/h. Trenden visar att vibrationsnivåerna är ökande. De höga vertikala vibrationerna kan vara en indikation på yt- eller krosskador på hjulen. Enligt information från SJ:s underhållssystem FORD så har samtliga av vagnens axlar svarvats 2018-03-22, precis innan analysens början. 52

Figur 51. Linjediagrammet föreställer mätvärden för vertikala vibrationer från respektive givare för alla axlar i vagn 5209, analyserade mätvärden kommer från vagnens samtliga passager mellan 2018-03-25 till 2018-04-12 Figur 52. Linjediagrammet visar peakvärden från vertikala vibrationer uppmätta för respektive axel i vagn 5209, mätningar kommer från vagnens passager mellan 25/3-2018 till 12/4-2018. De låga vibrationsnivåerna vid passage sju beror på att vagnen färdades i låg Denna vagn inspekterades 2018-04-20 på bangård i Luleå. Vid inspektion på bangården kunde tydliga små ytdeformationer identifieras på alla vagnens hjul, utöver detta så förekommer en del initial sprickbildning på en del av hjulen. Många av de mindre ytskadorna ligger mellan hjulets mitt och flänsen, så även den initiala sprickbildningen, se figur 53-55. 53

Figur 53. Bilden visar initial sprickbildning på hjulets yta, tillhörande axel 1 på vagn 5209 Figur 54. Bilden visar mindre krosskada och sprickbildning på hjulytan hos axel 4 i vagn 5209 under inspektionen som utfördes 2018-04-20 54

Figur 55. Bilden föreställer skador på höger hjulaxel 3 hos vagn 5209, den större kratern till höger om tumstocken är ca 6 mm i diameter Vagn: 5202 Återkommande vagn, denna vagn granskades tidigare på grund av historiska fel. Denna granskning genomförs på grund av att vagnen återkommande visat höga värden i topp 20 listan för höga vertikala vibrationsvärden 2018-04-13, den fanns med 3 gånger i listan. Samtliga mätningar togs fram för alla axlar på respektive sida för alla givare för alla passager mellan 2018-03-25 till 2018-04-13, se figur 56. Peakvärden togs sedan fram för respektive axel i vagnen under samma datum, se figur 57. Enligt SJ: underhållssystem FORD har samtliga axlar svarvats 2018-01-23. Vagnen visar onormalt höga vibrationsnivåer i förhållande till medelvärdet för vertikala vibrationer hos SJ:s vagnar, vilket ligger på ca 0,5 kn. Trendlinjerna visar en tydlig ökning både på höger och vänster sida för samtliga axlar. Figur 56. Visar vagn 5202 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på båda sidorna av rälen mellan 2018-04-01 till 2018-04-11 55

Figur 57. Visar vagn 5202 peakvärden av vertikala vibrationer för alla dess passager på alla axlarna på vagnen mellan 2018-04-01 till 2018-04-11 Vagnen togs in för avsyning på bangård i Luleå 2018-04-20 där den visade inledande krossår på samtliga hjul och en del ytliga sprickbildningar, se figur 58 60. I stort sett visade den samma avvikelse som vagn 5209 men på bangården tycktes den till synes ha både mer och större krosskador. Skadorna på vagn 5202 ligger däremot närmare hjulets mitt, endast ett fåtal skador kunde identifieras nära hjulens fläns. Figur 58. Bilden föreställer skador på vänster hjulaxel 3 hos vagn 5202, skadorna ligger ganska mitt på hjulets löpyta 56

Figur 59. Bilden föreställer ytterligare skador på vänster hjulaxel 3 hos vagn 5202 Figur 60. Bilden föreställer ytlig sprickbildning och initial avflagning identifierad vid inspektion 2018-04-20, hjulet på bild sitter på höger sida axel 2 i vagn 5202 57

4.2.2.3 Höga vertikala dynamiska krafter Vagn: 5188 Vagnen var med tre gånger i topp 20 listan för höga vertikala dynamiska krafter 2018-04-17. Data från samtliga passager under tidsperioden 2018-03-25 till och med 2018-04-17 togs fram, krafterna sorterades i medel och peakvärde för vardera axeln och sida. Resultatet för skillnaden mellan peak- och medelvärde är den dynamiska kraften, när höger och vänster sidas dynamiska kraft slås ihop fås en total dynamisk belastning för respektive axel enligt figur 61. I tillägg till de dynamiska krafterna analyserades vagnens styrförmåga under samma tidsperiod, det visade sig att den hade väldigt höga AoA vid enstaka passager, se figur 62. Medelvärdet för AoA och vertikala krafter för SJ:s vagnar ligger på 3,52 för AoA respektive ca 0,7 för vertikala dynamiska krafter. I figur 63 kan man se att axel 4 visar höga dynamiska krafter på både höger och vänster sida. Axel 1 och 3 svarvades 2018-03-29, respektive 2018-03-22, axel 2 och axel 4 byttes ut 2018-03-11 respektive 2018-04-16. Detta betyder att axelbytet sker vid passage 6 i samtliga figurer 61-64. Utöver detta så visar vagnen en tydlig ökning av de laterala vibrationerna i axel 4 efter axelbytet vid passage 6, se figur 64. Figur 61. Linjediagram föreställande vertikala dynamiska axelkrafter för SJ-vagn 5188 för alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-17 58

Figur 62. Linjediagram föreställande peak AoA för SJ-vagn 5188 för alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-16 Figur 63. Linjediagrammet föreställer mätningar av dynamiska krafter för samtliga axlar på höger respektive vänster sida i vagn 5188, för alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-17 59

Figur 64. linjediagrammet föreställer peakvärden för laterala vibrationer i axel 4 vagn 5188, notera ökningen efter passage 6 då axeln är ny bytt Axel 4 böts ut på Bombardiers verkstad i Notviken och en inspektion kunde genomföras på denna 23/4-2018. Där syntes tydliga krosskador, sprickbildning samt utvalsning och hollow wear hos båda hjulen i axeln, se figur 65-67. Mätningar gjordes på hjulen och gav en omkrets på cirka 289 cm på båda hjulen samt en flänstjocklek på cirka 2 cm, se figur 67. Tyvärr går det inte att säga vilket av hjulen som satt på höger respektive vänster sida i vagnen när axeln var monterad. Figur 65. Bilden visar tydligt hollow wear för båda hjulen i axel 4 vagn 5188 60

Figur 66. Bilden visar tydlig sprickbildning, mindre krosskador och tendens till hjulplatta för ett av hjulen i axel 4 hos vagn 5188, observera hjulplattans placering nära fläns Figur 67. Bilden visar några av de mätningar som gjordes på axel 4 till vagn 5188, lika mätningar genomfördes på båda hjulen 61

4.3 LKAB 4.3.1 höga vertikala vibrationsvärden Vagn: MT_5021 Vagnen var med nio gånger i topp 20 listan för de vagnarna med högst vertikala vibrationer, 2018-04-22. Peakvärdena för vertikala vibrationer per axel och passage plottades mellan 2018-03-25 och 2018-04-12, se figur 68. Grafen visar en tydlig avvikelse för axel 4 med toppar på ca 1,2 kn och en ökande trend. Medelvärdet för vertikala vibrationer på lastade LKAB vagnar är mellan 0,18-0,19 kn. Figur 68. Linjediagram föreställande vertikala vibrationer för LKAB:s vagn MT_5021 för alla dess passager mellan 2018-03-25 och 2018-05-10. Topparna förställer lastade vagnar och bottnarna olastade Vid inspektion på LKAB:s bangård i Vitåfors 2018-05-16 så hade axel 4 redan skickats för reparation på grund av fullt utvecklade krosskador. Axel byttes 2018-05-09 och skickades på reparation 2018-05-15, med anledning av detta saknades möjlighet att fotografera axeln och dess krosskador vid besöket. Vagn: MT_5122 Vagnen var med sex gånger i topp 20 listan för de vagnar med högst vertikala vibrationer bland vagnar från LKAB, 2018-04-22. peakvärden per axel och passage plottades mellan 2018-03-25 och 2018-04-26, se figur 69. Plotten visar en stor avvikelse för axel 3 och framför allt axel 4. Medelvärdet för vertikala vibrationer på lastade LKAB vagnar är mellan 0,18-0,19 kn. 62

Figur 69. Linjediagram föreställande peakvärden för uppmätta vertikala vibrationer hos LKAB:s vagn MT_5122 vid alla passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-26. Topparna förställer lastade vagnar och bottnarna olastade Vagnen inspekterades okulärt 2018-05-16 på verkstaden i Vitåfors, den visade sig ha utvecklade krosskador och sprickbildning på höger hjul i figur 70. Vänster hjul var i bättre skick men en antydan till initial kross och sprickbildning kunde anas i figur 71. Efter identifiering av skadorna valde verkstaden att växla ur vagnen för hjulbyte. 63

Figur 70. Bild föreställande höger hjul i axel 4 LKAB vagn 5122, krosskador och sprickbildning är tydligt utvecklat. 64

Figur 71. Bild föreställande vänster hjul i axel 4 LKAB vagn 5122, början till krosskador och initial horisontal sprickbildning identifierades. 4.3.2 höga vertikala dynamiska krafter Vagn: MT_5030 Vagnen var med två gånger i topp 20 listan för de vagnar med högst dynamiska vertikala krafter 2018-04-15, ena gången för axel 4 och andra för axel 3, se tabell 6. Samtliga passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-26 har granskats och plottats i Excel, denna plott visar ingen avvikande trend med endast ett avvikande peakvärde, se figur 72. Medelvärdet för vertikala krafter på lastade LKAB vagnar är mellan 138,58-139,97 kn. Då vagnen inte visar någon trendande eller återkommande avvikelse kommer den inte att tas ur trafik för okulärbesiktning. 65

Tabell 6. uttagen från mätstationen i Sävast för höga vertikala krafter på LKAB vagnar 2018-04-15. Det som är relevant i tabellen är VFrcDn som står för vertikala dynamiska krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel Figur 72. Linjediagram föreställande uppmätta vertikala dynamiska krafter för samtliga passager med last för vagn MT_5030 från och med 2018-03-25 till och med 2018-04-26 Vagn: MT_5022 Vagnen hade höga vertikala dynamiska krafter som uppgick till 29,184 kn på axel 1 vid passage 2018-04-16, se tabell 7 utdrag från topplista. Avvikelsen hos denna vagn identifierades 2018-04-26. Samtliga passager för vagnen mellan 2018-03-25 och 2018-04-26 identifierades och listades i excel, där totala dynamiska krafter för både höger och vänster sida plottades i ett linjediagram, se figur 73. Vagnen visar en tydlig ökande trend för axel 1 och axel 3, där axel 1 är värst. Denna axel avviker kraftigt från det framräknade totala medelvärdet för dynamiska 66

krafter under samma tidsperiod, vilket ligger på ca 6,5 kn. Medelvärdet för vertikala krafter på lastade LKAB vagnar är mellan 138,58-139,97 kn. Tabell 7. Topplista för de 20 högst uppmätta vertikala dynamiska krafterna uttagen från mätstationen i Sävast för LKABs vagnar 2018-04-26, observera att listade värden är summorna av uppmätta värden på höger respektive vänster sida. Det som är relevant i tabellen är VFrcDn som står för vertikala dynamiska krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel. Figur 73. Linjediagram föreställande vertikala dynamiska krafter för samtliga passager med last för LKAB vagn 5022 mellan 2018-03-25 och 2018-04-26. Axel 3 men framför allt axel 1 visar en tydlig trend för ökande dynamiska krafter, medans axel 2 och 4 visar en a 67

4.3.3 höga laterala krafter MT_5003 Vagnen uppmättes med väldigt höga laterala krafter på 57,358 kn vid en passage, se tabell 8. Den rullade förbi mätstationen i Sävast 2018-04-16 och avvikelsen identifierades 2018-04-26. Samtliga passager mellan 2018-03-25 och 2018-04-26 har granskats och plottats i Excel där axel 3 avviker mer än de övriga axlarna, se figur 74 Medelvärdet för laterala krafter på lastade LKAB vagnar är mellan 12,98-20,35 kn. Tabell 8. Topplista för de 20 högst uppmätta laterala krafterna uttagen från mätstationen i Sävast för LKABs vagnar 2018-04-26. Det som är relevant i tabellen är LFrc som står för laterala krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel Figur 74. Linjediagram föreställande peakvärden för laterala krafter på respektive axel för samtliga passager för LKAB vagn 5003 mellan 2018-03-25 och 2018-04-26 68

Vagnen inspekterades den 2018-05-23 av LKAB:s personal i Kiruna. Axel tre visade sig inte ha några större fel enligt dem. De kunde se att flänshöjden var 29 millimeter och att flänstjockleken var 27,5 millimeter på både höger och vänster hjul. Det visade sig sedan att axel 3 i vagnen byttes 2018-04-25 på grund av för höga laterala krafter, det vill säga just efter sista passagen i figur 74 ovan. Vagn: M_5100 Vagnen hade höga värden för laterala krafter på 57,782 kn vid en passage 2018-04-25, se tabell 8. Avvikelsen för vagnen identifierades 2018-04-26. Samtliga passager mellan 2018-03- 25 och 2018-04-26 har granskats och plottats i Excel där axel tre avviker från medelvärdet mer än de övriga axlarna, se figur 75. Medelvärdet för laterala krafter på lastade LKAB vagnar är mellan 12,98-20,35 kn. Figur 75. Linjediagram föreställande peakvärden för laterala krafter för respektive axel vid samtliga passager för LKAB vagn 5100 mellan 2018-03-25 och 2018-04-26 Vagn: MT_5054 Vagnen förekom 5 gånger i topp 20 listan för svårstyrda vagnar under de 10 senaste dygnen och avvikelsen identifierades 2018-04-05, samtliga avvikelser var kopplade till axel 4. Vagnens passager i mätstationen granskades från och med 2018-03-16 till och med 2018-04-05. Plotten av dessa krafter visar framför allt att peakvärden för axel 4 avviker gällande både de laterala krafterna, vibrationer och AoA i förhållande till övriga axlar samt framtagna medelvärden, se figur 76-78. Medelvärdet för laterala krafter på lastade LKAB vagnar är mellan 12,98-20,35 kn. 69

Figur 76. Linjediagram föreställande uppmätta avvikelser i AoA (mrad) för samtliga passager för LKABs vagn 5054 mellan 2018-03-16 och 2018-04-06 Figur 77. Linjediagram föreställande laterala vibrationer i vagn MT_5054 uppmätta mellan 2018-03-25 och 2018-04-05. 70

Figur 78. Diagrammet visar peakvärden för laterala krafter för vagn 5054 vid passager mellan 2018-03-16 och 2018-04-05 I graferna 77-78 ovan syns tydligt förekommande avvikelser, framför allt de extremt höga Laterala krafterna på nästan 120 kn. På grund av de höga laterala krafterna togs vagnen direkt ur trafik för inspektion på LKAB:s verkstad i Malmberget, där utfördes den okulära besiktningen av LKAB:s egen verkstadspersonal. LKAB granskade också vagnen i sitt eget analysverktyg e365-analytics, resultatet från den analysen syns i figur 79 och 80 nedan. Figur 79. Utdrag ur e365-analytics från LKAB vilken visar avvikelser och larm för vagn 5054 71

Figur 80. Utdrag ur e365-analytics som visar profilmått på hjulen i respektive axel för vagn MT_5054 Följande är kommentarer från den okulära besiktningen gjord på plats hos LKAB:s verkstad i Vitåfors av deras egen personal. Flänsen på högersidan på axel 4 visade sig vara ca 33 mm medan flänsen på vänster sida var 37 mm. Det var även hollow wear och tendens till dubbelfläns. Det var överlag många höga flänsar på detta vagnpar samt annan hjulprofil, de har nämligen en annan leverantör av axel 2. På fotografierna tagna av verkstadspersonalen syns tydligt de ovan nämnda problemen, se figur 81-83. Vid inspektion av andra vagnar på LKAB:s bangård i Vitåfors 2018-05-16 så framkom att sju stycken hjul fått bytas ut i denna vagn efter den initiala analysen som visade höga laterala krafter (verkstadspersonal hos LKAB, personlig kommunikation, 2018-05-16). Figur 81. Bild föreställande hjul från vagn 5054 med tydlig hollow wear och tendens till dubbelfläns 72

Figur 82. Bild föreställande annat hjul än det i figur xx från vagn 5054 som också visar tydlig hollow wear och tendens till dubbelfläns Figur 83. Bild föreställande sidoprofil av hjul i vagn 5054 med hollow wear 73

MT_5024 Vagnen förekom sex gånger i sävast top 20 lista för höga laterala krafter 2018-05-04, se tabell 9. Samtliga passager för vagnen mellan 2018-03-25 och 2018-05-04 identifierades och plottades i Excel, se figur 84. De laterala krafterna ökar för samtliga axlar fram till passage 9 datum 2018-03-29, därefter blev axel 3 och 4 bättre medans försämringen ökade på axel 1 och 2 enligt figur 84. Vagnen gjorde inga passager i mätstationen mellan 2018-03-29 och 2018-04- 27, vilket indikerade att den var tagen ur trafik den perioden. Medelvärdet för laterala krafter på lastade LKAB vagnar är mellan 12,98-20,35 kn. Tabell 9. Topplista för de 20 högst uppmätta vertikala laterala krafterna uttagen från mätstationen i Sävast för LKABs vagnar 2018-05-04. Det som är relevant i tabellen är LFrc som står för laterala krafter, ID som listar vagnarnas identifikationsnummer, Aiv som anger vilken axel i fordonet som mätningen gäller samt Oc som visar antalet återkomster i topplistan för aktuell axel Figur 84. Linjediagrammet visar peakvärden för laterala krafter hos respektive axel i vagn MT_5024 för samtliga passager mellan 2018-03-25 och 2018-05-04 74

Vid inspektion på LKAB:s bangård i Vitåfors 2018-05-16 togs bilder av höger hjul i axel 2, se figur 85 och 86. Där det syns att flänstjockleken är 27 millimeter och en flänshöjd på 36 millimeter samt att hjulet har en utvecklad hollow wear. Enligt verkstadspersonal hos LKAB (personlig kommunikation, 2018-05-16) så får flänshöjden vid drift maximalt vara 36 millimeter och vid underhåll 34 millimeter, vilket betyder att axeln bör åtgärdas omgående. Figur 85. Bilden föreställer mätning av misstänkt hög flänshöjd på höger hjul i axel 2 LKAB-vagn 5024, här syns också flänsbredd och QR-mått Figur 86. Bilden visar höger hjul i axel 2 LKAB vagn 5024, här syns tydligt hjulets väl utvecklade hollow wear. 75